автореферат диссертации по транспорту, 05.22.09, диссертация на тему:Аварийные режимы в многопульсовых схемах выпрямления

министерство путей сообщения российской федерации омская государственная академия путей сообщения

J : ' - - ;

На правах рукописи

САЛИТА Евгений Юрьевич

УДК621.331:621.311.4:621.314.6:621.316.925

АВАРИЙНЫЕ РЕЖИМЫ В МНОГОПУЛЬСОВЫХ СХЕМАХ ВЫПРЯМЛЕНИЯ

Специальность 05.22.09 — «Электрификация железнодорожного транспорта»

АВТОР ЕФЕ PAT

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

ОМСК 1995

Работа выполнена па кафедре «Электроснабжение железнодорожного транспорта» Омской государственной академии путей сообщения.

Н а у ч п ы й р у к о в о д и т с л ь - -

заслуженный деятель науки и техники РФ, доктор технических паук, профессор ШАЛИМОВ Михаил Георгиевич.

О ф и ц и а л ь н ы е оппоненты —

доктор технических наук, профессор ЗАЖИРКО Виктор Никитич;

кандидат технических наук, доцент СОПОВ Валентин Иванович.

Ведущее предприятие—

Западно-Сибирская железная дорога.

Защита диссертации состоится 22 декабря 1995 г. в 9 часов 00 минут на заседании диссертационного совета Д 114.06.01 при Омской государственной академии путей сообщения (ОмГАПС) по адресу: 644046, г. Омск, пр. Маркса, 35, зал заседаний.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке академии. Автореферат разослан «^р7» ^ 1995 г.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять в адрес диссертационного совета.

Ученый секретарь диссертационного совета, академик Академии транспорта РФ,

доктор технических наук, профессор В. К. ОКИШЕВ.

Омская государственная академия путей сообщения, 1995

0Б1ДЛ.Я ХАРАXIEFI 1С31 iKA РАБОГЫ

Актуальность исследований. Внедрение ресурсо-энергоибере-гакщих технологий, создание и внедрение новейших технических средств, псвышаипих безопасность двияешш поездов, яеляются одними из основных напргвлешШ развития :?.елезподорояного транспорта .

^лезкодорозший транспорт является одним из сами энергоемких потребителей страны. Его электропотребление в 1994 г. составило 36,0 i/лрд кВт*ч,-или 5,5/1 от общей выработанной электро-энерпш в России, в том числе 79$ электрической энергии (20,45 клрд кВт-ч) расходуется на электрическую тягу поездов. Еелезнодоро/шая сеть МПС России имеет самую большую протяженность электрифицированных линий в мире - 38,3 тыс. а, из ниг 19ГТ тис. км линий электрифицировано на постоянном токе.

До недавнего времени на тяговых подстанциях электрических келезных дорог постоянного тока РФ к ".пользовались исключительно шестипульсовда (нулеEue и костоЕые) вырямителя. Одним из прогрессивных научно-технических решений явилгеь создание к внедрение даеНыДцатипульсоЕкх выпрямителе!!, позволивших существенно повысить технико-экономическую эффективность устройств электроснабжения л в целок электрической тяги за сч^т сшшения потерь электроэнергии, улучшения показателей качества электроэнергии, стабилизации уровня напряжения в тяговой сети, улучшения элект-.рокагни^ной совместимости различных электротехнических устройств. Ь настоящее время на тягоецх подстанциях магистральных ;.:елсзных дорог РФ эксплуатируется боле^ 480 то:жх выпрямителе!! (24/.* от общего числа).

Создание и внедрение двенадцатипульсовых выпрямителей сопровождалось проведением комплекса исследований, в том числе и енализом переходных и установившихся процессов аварийных реаи-;.'ов, с еозко:.чнсстыэ возникновения которых необходим^ считаться при проектировании и эксплуатации полупроводниковых Ешцкьмте-ле!:. Прогнозирование значений аварийных токов в переход!шх п

установившихся реяимзх необходимо при проектировании силовых цепей, Еыборе защитных средств л их уставок. Ввиду чувствительности вентилей к перегруакам, перенапряжениям и невозможности их восстановления после теплового или электрического пробоя требуеш надежность выпрямителя Е целом обеспечивается разра- • ботчикаки путем включения в схему значительного количества параллельных и последовательных резервных элементов, что вызывает удорожание установок, увеличение ах габаритов и веса.

Следует отметить, что несмотря на актуальную значимость обеспечения надежной защиты выпрямителей в известной лите^ттупо вопросы, связанные с анализом некоторых специфических аварийных режимов, присущих выпрямителям электрических аелезных доро^, Looбщe не рассматривались или были освещены недостаточно полно, В частности, это относится к несимметричным однофазным коротким записашим (к.з.) на землю вентильных обмоток трансформаторов выпрямителей.

При од! тфазных к*з. на землю вентильных обмоток трансформаторов выпрямителей в контуры протекания аварийного тока, содержащего значительную долю переменной составляющей» иходит рельсовая цепь электрифицированного участка, железной дороги. Протекание по ней аварийного тока моает привести к нарушению нормального функционирования рельсовых цепе!: автоблокировки, что прямо связано с безопасностью движения поездов. Для защиты выпрямителей от однофазных к.з, на землю вентильных обмоток тяговые трансформаторов, к которым применяемые еиды защит оказываются нечувствительными (из-за величины аварийного тока, не достиганцего зча.ения тока уставки), необходима разработка и установка защиты, исключающей возможность опасного влияния аварийного тока на сме;:зшо устройства. _ __

Цель таботы. Основными целями .'-настоящей работы являются:

- исследование сверивши режимов работы шести- и двенадца-типульсовых вкпртштеле!!, характеризуют!;: зя протеканием больш:.. аварийных токов; . ' .

- исследование аварийных реяяков, являющихся спьг;:фпчес-1Ш/.И для выпрямителе:: эло"тричеоких :::елезанх дорог постоянного тока (одноуазнне к.з. не землю езнтильнк:: обмоток тяговых трансформаторов);

- разработка принципиально ново'5 электронно:! защита выпрямителе!'; от однофазных к.з. на зомлгп вентильных обмотс.: тяговых ■рре нейорка торов.

' £ля достшюш11 этих целей в работе ремешз следуйте задачи:

- проведено исследование переходных процессо-, возникающих при внутренних и внешних аварийных регчма,с вьсти- и двонад-цатипульсовкх мостовых неуправляемых выпрямителей;

- для рассматриваемых авариях решшиЕ определены ~лтер-валы повторяемости, продолжительность которых зависит от числа Ее1.л1лей (фаз), участвуицих в проводимости тога, и составлена эквивалентные схемы замещения выпрямителей на кавдои из интервалов;

- получены расчетные формулы, дл.: вычисления аЕ"ргл.аых токов дванадцатипульсовых выпрямителей, определены зависимости амплитудных зкаченпй и продолжительность протекания аварийных токов в ве"тилях от'параметров схем замещения;

- разработаны электронные защиты ЕнпрягчтелеЬ от однофазных к.з, на землю вентильных обмоток тяговых трансформаторов - токо- -еоя балансная (ТЕЗ) а сТазоваь импульсная (®3);

- на базе заи^т ®3 и максимальной токовоК'(5ДТЗ) создан и внедрен на одной из тяговых подстанций комплект электронной защдга Еыпртгателя ЭЗВА, реагирующей на все виды повреждений ¿ыпр^^мителя;

- подтверждена достоверность тг ->рс ?ических исследований аварийных режимов многопульсовых выпрямителей и проверены ра-ботоспособность'-и эффективность ТБЗ, ИЗ и комплекта ЭЗБА путем экспериментальных исследовагдй на лабораторной уста-

нсвке а на де^стау-мцек оборудовании тяговых подстанций.

Мотодика исследования., В основу работы положены теорети-чэскио и э^слерииекгилыше исследования. Теоретический анализ переходных процессов, возникающих при' аварг^ных реит/ях кною-■ пульсрЕьк-эдпрс«з:телей,выполнен с привлечением кетода припасоЕН-вания. Для расчзтов использовалась ЗШ. Э—зперикенталыше иссле-¡дг-тания аварийных режимов кногопульсовых впгпямителей и таботы защит ТЕЗ, £ИЗ и комплекта ЗЗВА проводились на лабораторной установке к нэ действующем оборудовании тягсых подстанции Запад-.но-Сибирскоъ .клезной дороги.

Научная новизна:

- разработаьа методика расчета аварийных токов при переход-—цщ;; процессах и установившихся режимах внутренних и внешних коротки:. замыканий дЕенадпатипульсовых выпрямителей;

разработаны принципиально ноЕИе электронные защиты Еыпря-тателек от иесшжетричгнх коротких замыканий - ТБЗ и ©13. ла базе зачдт МТЗ и ЙВ, новизна которой подтверждена авторским свидетельством, создан к мплект защиты ЭЗВ&, реагирувдей на Есе виды повреждений выпрямителей.

Достоверность научных-положений и выводов обоснована теоретически и подтЕ_ркдена результатами экспериментальных исследо-вангЛ. проведенных на "эборатерной установке и действующем оборудовании тяговых подстанции, опытом эксплуатации. ,' . Практическая ценность и внедрение результатов работы. На , основании теоретических и экспериментальных исследований разра-; Сотаны я доведены до Енедренил: , .

- методика расчета аварийных токов при переходных процессах и установившихся рентах внутренних и внешних к.з. двенадцати-пульсовых выпрямителей;

кишлект защиты ЗЗВА, реагирувдей ла все вида повреждений аыпряцителей тяговых подстанций электрических аелезных д^рог постоянного тока с любым числом пульсаций в кривой выпрямленного напряжения. ■ '

" ' Разработанный комплект защиты 331Л наряду о отключением

аварийных токов, превышающих уставки МТЗ; позволяет: обеспечит" селективное отключение токов несимметричных к.з. выпрямителей независимо от их абсолютной величины; снизить опасное влияние токов несимметричных к.з. на устройства автоблокировки; предо-торатить разрушения, вызванные воздействием электрической дуги гак в место замыкания, так п в местах переброса еа на соседнее ' оборудование в случаях несимметричных к.з., при которых аварий- . нкё ток не достигает уставки MIS.

. Апробация работы. Основные пслояейия диссе^аЦда докладывались, обсуждались на XXXI, XXXII, ХХХШ научно-технических коы|ю- . ренциях кафедр (МГИТа (Омск, 1984, _936,IS87 гг.), заседань- ' ' ях научно-технического семинара кафедры "Тяговые подстанции и их а2тог.'гтизатЧ1я" ОгЛШТа ("ЭлектроснабЕение велезнодоропного • транспорта" ОмГАПС, IS84-I995 гг.); областном науч:-о-техни<?эском совещании "Вопросы повышения качества электрической энергии в о Иркутской энергосистеме" (Иркутск, 1981 г.); республиканской L.,-учно-технической конференции "Энергетическая электроника на транспорте" (Севастополь, 1990,г.); Ш Всесоюзной научно-технической конференции "Проблемы преобразовательной техники" (Киев, IS83 г.); Всесоюзной научно-технической -ганференщи "Пути эконо- . щш и повышения эффективности использования электроэнергии в системах электроснабжения промышленности и транспорта" (Казань, IS64 г.); Всесоюзной научно-технической конференции "Повышегше энергетической эффективности локомотивов" (Ростов-на-Дону, ISbS г. ) ; Всесоюзной научно-технической конференции "Актуальные проблемы экономии электроэнергии и топлива на железнодорожном . транспорте" (Москва, 1987 г.); Всесоюзной научно-технической конференции "Методы и' средства диагностирования t хничесшх средств ~.елезнодоронного транспорта' (Омск, is89 г.); Всесоюзном научно-техническом совещании "Пути дальнейшего совершенст ! Есвааия преобразовательной техники для тяговых подстанций гор-олектротранспорта"' (Свердловск, I9S0 г.); научно-техническом семинаре кафедр факультета электрического транспорта (Ом^к, 1995 г.). • . '

Публи.-глсч. По результатам 'проЕеденнкх исследований опуб-типсеоно: депонированных рукопнсоЕ-4, статей в ке;^?узоЕС1сих ; сб^нпках-?, отчетов по научно-исследовательской работе, зарегистрированных е получено агторсккх свидетельств-3.

Структура п объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти разделов, зашпочекия, сш<:ска использованных источников я приложений; содержит 126 стриниц машинописного текста, Б9 рисунков, Ъ г..блг;, список исполь-зованных источников, включать" 153 наименования,и 8 приложений на 23 страницах.

0СН01Л0Е СОД'ЗШИ® РАБОТЫ.

Введение отражает актуальность темы и направление выбранных исследований.

3 петаеок раздоле приводится общая характеристика выпрямителей тяговкх подстанций постоянного тока. По состоянии на,1 января ISí-ó г. на тяговых подстанциях .агистральних железных дорог постояннгто тока эксплуатируется 21X0 полупроводниковых выпрямителей. Примерно 76;» от общего числа выпрямителей включены по ьестапульсовкк схема« выпрямления (нулевой порами лыюго типа и мостовой), имеющим низкие технико-экономические показатели.

Болы оII вклад в совершенствование и развитие систем электроснабжения лел-знодэрдашого транспорту, улучшение электрокагнит-цс" совместимости устройств тягоеого электроснабжения со смезгнг-ми эл-ктротсхническики готройотвами внесли А.Т.Бурков, М.И.Векс-лор, Т.П.Доброгллюкис, 1С.Н.Жарков, Р.Р.Кашпин, Б.П,Пупынин, С.Д.СуКолов, II.Д.Сухопрудский, Е.П.Фигурнов, М.Г.Шалы:ов и другие учь.ше.

аффективной мерой улучшения техншео-эконокичеыгих показате-лп'.': яеилось применение на тлгоеых подстанциях двенадцатипуль-совых выпрямителей (24£ от общего числа), разработке, исследованию и внедрению которых способствовал:! рг'оти уч-ных и сотрудников ОмЙГо (ОмГЛПО), работник в службы' электроснабжения

и электрификации ЗСЗД, ШИШа, ЛИШЬ, УрЗШИТа, Пи "Урал-электротяжаш": ¡л.Г.ИаликоЕа, Б.С.Барковского, З.П.Мацеята, Г.С.Магая, А.П.Усенко, Л.С.Панфиля, Г.Н.Ьолкова, Н.П.Рэлаклеев-'ского, М.А.Рольбавда, Т.В. Руд ейского, Ю.М.Бея, Р.НЛ'рманога, Е.А.Арханникова, Я.Л.Фишлора, В.Б.Володина, Д.Д.Бродского, Л.М. Пестряевой, А.В.Еиноградова, Ю.П.Неугодникова и других. В соответствии с современники требованиями к компенсации реактивной мощности в электроустановках потребителей и к качеству электрической энергии у ее приемников, а тайке с учетом реально!; загрузки тяговых подстанций в настоящее время двенадцат1шульсовие

ЕЫПрЯМИТеЛИ ЯЕЛЯЮТСЯ 0ПТИМ2ЛЬНШД1.

На основании положительного опита эксплуатации двенадцатн-пульсовых выпрямителей на тяговых подстанциях магистральных железных дорог в достоянную эксплуатацию включены двенадцатип-уль-соенр выпрямители на тяговых подстанциях объедпнения^Горэлект-ротранс"г.Омскд и Новосибирского метрополитена. Экспериментальные и эксплуатационные ■ испытания подтвердили их высокие техш!-ко-экономические показатели.

В настояшее время на тяговой подстанции .Омск ЗСЗЗД проходит эксплуатационные испытания двадцатичетырехпульсовый выпрямитель. Управлением электрификации и электроонабженп ШС РФ в 1995 г. планируется проведение технического совета о целесообрг юности разработки и внедрения выпрямителей с двадцатачетирехпульсоЕой схемой.

Переход к двенадцатипульсовнм выпрямителям обусловил необходимость .выполнения комплекса исследований, в том-число анализа аварийных процессов при переходных и „становившихся ре.тагах, с целью разработки защитных средств, получения исходных данных при проектировании. В раздело рассматриваются вида аварийных режимов мно! опульсовых полупроводниковых неуправляемых мостовых ' выпрямителе" - шеотилульоового и двенадцатипульсових последовательного и параллельного типа-; Аварии, возникавшие ь полупроводниковых выпрямителях, подраздел..ютоя на внутренние и внешние. Видг внутренних и внешних :;.з. Ьи примере даенад^ишульоового

выпрямителя послсдоватсл-аого типа приведены аа рис. I. К внутренним относятся авару.;:, происходящие при потере вентилями по- .. лупроЕодшкоЕН;: свойств (рз:-щгщ lui' ). К внешним относятся аьария, не зависящее от состояния вентилей: двухфазные (реаимы П и п' ) и трехфазные (pjjziku Ш i: Ш7 ) к.з. на Еынодах вентильных -обмоток трансформаторов, глухие к.з. на выходах шестипуль-; с свих вентильных moctoe (pesiuii У и Y1 ), на выходах двенадца-типульоовых выпрямителей в делом (резим У1) п специфические дая выпрямителей тяговых подстанций железных дорог постоянного тока однофазные к.з. па земли? (нару:кньй'контур заземленпя-НКЗ) вентильных обмоток трансформаторов (режимы 1У и Вг' ).

При теоретическом исследовании аварийных редимов много-•пульсовых выпрящтелой принят кусочно-линейны!: метод,или метод .приласовывания, являюящ?>ся одним из наиболее точных и универсальных, и впервые примененный дая исследования целей, (.одерза-щцх вентили, академиком К.д.Папал",кси и получивши:! дальнейшее разви-лш в работах Г.Н.БдавдзеЕпча, К.А.Круга, М.П.Костенко, Л.Р.Неймяна, К.Л./Саганова, ¿.М.Утевского, А.В.Поссе, С.Д.Соколова, ГЛ.Ривкина, С.Р.Глинтерника, И.МЛиденко, О.А.Маевского, Р.А.Вороаова, В.К.За^ирко и других ученых. ,

Прп анализе аварийных ростров многопульс'Ьвнх выпрямителей ерш-я-чы следующие допущения: система питащпх напряжений симметрична и синусоидальна; активные и индуктивные сопротивления элементов питающей системы линейны; намагничивающие тс л трансформаторов и собственные емкости элементов питающей системы равны аула; -вентильные плеч., выпрямителей принимаются идеальными/ т.е. сопротивление плеча в прямом напраЕлени" равно нулю, в обратном - бесконечности; насыщение магнитопроЕода трансформатора отсутствует; емкости и сопротивления защитных цепей (цепи J?Û ) не учитываются.

Во етором разделе выполнен анализ переходных процессов, возникающих при аварийных режимах шестипульсового мостового неуправляемого выпрямителя, еналогичных представленным на рио,1 режимам I, 17 и У.

V, 10

7У

Рис. I. Вида внутренних и внешндас-коротких зависаний., двенадцатипульсового ыостовогь аеуправяяекого "дхряштеля последовательного типа

Для рассмотренных аварийных режимов ' определена интервалы повторяемости, продолительность которых зависят отчиола вентилей, участвувдих в проводимости тока} соотавлены эквивал>.ат-ные схемы замещения выпрямителя на_каядом из интервалов; приведены расчетные выражения для определения аварийных токоз; по

ii 1

расчетный ввуанениям достроены кривые мгновенных значений аварийных токов выпрямителя; определен зависимости амллитуд-' них значений и продолжительности протекания аварийных токов вентилей от параметров схем замещения.

Гаочет аварийных токов при работе шестилульсового мостового выпрямителя в релшках I, 1У и У выполнен в относительных единицах. В качестве базисной величины при рассмотрении реяимов I и У иринято амплитудное значение установившегося тока трехфазного короткого замыкания

Г __(1)

где Егр - действующее значение фазной.э.д.с. вентильной обмотки трансформатора выпрямителя;

$0. Е " соответственно активное сопротивление и

индуктивность питаидай сети и трансформатора выпрямителя, приведенные к напряжению вентильной обмотки.'

Внутреннее короткое замыкание (режим I) возникает л выпрямителе при пробое одного из вентилей. Причинами выхода вентиля из строя могут быть перегрев его структура протекавшим током,- Ьробой чрезмерно высоким для данного прибора обратным "апрякенаем. Наиболее тяжелым по величине и' продолжительности протекания аварийного тока является реяиы внутреннего к.з. выпрямителя при.пробое вентиля в моцент коммутации при окончании его работы. Режим внутреннего к.зУ выпрямителя при пробое вентиля в момент прилокешзя максимального, обратного напряжения яв-лются менее тяжелым. Зависимости амплитудных значений относительных аварийных топов вентилей Шестилульсового мостового выпрямителя от соотношёния -г 9-.. дрк пробое вентиля (релим I) приведены на рис. 2.

Наиболее тя»влнм случаем работы выпрямителя в режиме У является возникновение вношкего глухого к.з. в момент перехода

О 0,25 д 0,5 0,75 1,0

ШЬсь

Рис. 2. Амплитудные значения относительных аварийных

токов шестипульсового мостового выпрямителя при пробое вентиля (реаш I) в зависимости от соотношения Яа/ыЬа '

а -VI) 5 в момент коммутации при окончании работа; б - Уо 3 в момент прилояения максимального обратного напряжения

. з.д.с. одно!: из (.аз вентильной обкотка трансформатора через дуль, т.к. аварийный ток в этом случае максимален. Ре;шм У имеет шесть интервалов поЕторюмости за период пктакщего напряжения, в каждом из которых при отсутствии индуктивности во внешней цепи работает по три вентиля. Кривые мгновенных значений относительного аварийного тока в наиболее загруженном вентиле

I и аварийных токов вентилей (при возникновении глз .ого к.з. в момент перехода э.д.с.-фазы "а" через н„ль) на первых шести интервалах повторяемости приведены соответственно на рис. 3,а и 3,6. Розульткрущий тек;внешнего глухого к.з. на выходе шестипульсового выпрямителя представляет огиба-

вшую максимальных токов вентилей.

. Региы однофазного к.з. на землю вентильной обмотки трансформатора шестипульсового выпрямителя (репш 1У) рассмотрен при бозникноесыки к.з. в момент перехода э.д.с. фазы "с" чэрез положительный максимум и также содержит '"есть интервалов повторяемости. Расчет аварийных токов для релвма 1У такие проведен в относительных единицах, но в ячество базисного пршимается значение тока

• ... "" .л/ и} '

где и - соответствию активное сопротивление и

индуктивность цепи протекания тока к.з. на лнт^^ле повторяемости I,

где /¿¿к в 1~>йк ~ соответственно активное сопротивление и иццукти-. ■- еность внешней цепи к.з.

• Решш 1У шестипульсового мостового внпрямгтеля является менее тяжелым, чем реапш-1 и У, т.к. ^вари! _ый ток ре~ко ог-

" 14-1

раничиЕаитс.'з значениями и [¡¿к • зависящими от вели-

чин сопротивления растеканию заземляющего контура подстанции, несходного сопротивления "земля-рельс". а тагсхе сопротивления ,сгла}1иваицего реактора /,/? . Крпвке мгновен^х значений аварийных токов шестипульсозого выпрямителя в ре.'-.симе В7 представлены нэрис. Л. Оорма аварийного тока при этом виде к.з. имеет переменную составлящув с частотой 50 Гц. Наличие в контуре г,.з. участка р.льсовой цеди к протекание пс нему аварийного тока коает привести к нарушению раоохы устройств автоблокировки, работакшх на частотах, кратных 25 Гц; к разрушению элементов оборудования тяговой подстат—и и екз^чих устройств. Для защиты выпрямителя от этого вида к.з. необходима установка устройства, реагирующего на характерные особенности того аварий-

ного режима

ат ж

3 шЬ —

Рис, 4. игн^венные значения аварийна токе- шести-

пульсового мостового выпрямителя при однофазном коротком замыкании на земли вентильной обмотки трансформатора в режиме холостого хода (ре;лш ГУ)

Полученные результаты могут бить использованы при анализе аварийных ропаюл более слоеных о: зм выпрямления, представляющих комбинации эестппульсовых мостовых схем.

Б третьем разделе Еыполнен анализ переходных процессов, еозешклсщнх при аварийных режимах двенадцатипульсовых выпрот'и-телей последовательного (на рис. I - режимы I, I' , Ег, Ш1 , У, у' , У1) и параллельного (аналогичные реиика) типов.

Реяикы внутренних к.з. двенадцатилульсовых выпрямителей вида I и аналогичны режиму I шестипульсового кооеового выпрямителя, т.к. контуры протекания аварийного тока находятся в пределах одного моста. Дня этих режимов справедливы теоретические положения, приведенные во втором разделе работц,п зависимости, построенные на рис. 2.

Б ДЕенадцатипульсовом выщтмитрле последовательного типа возможны глухие к.з. на выходах отдельных »/.остов (резям У пли У' на рис. I). Если реапму У или У' предшествовала работа выпрямителя на холосто« ходе, то аварийные токи протекав? только через вентили закороченного моста. В случае, когда рапаиу У ' или У1 предшествовала работа выпрямителя па нагрузку Ки , аварийные токи такта протекает через вентллп закороченного моста, а незакороченнкй мост питает нагрузку. Наиболее тяаелнм случаем внешнего глухого к.з. на выходе отдельного моста деешишати-пульсового выпрямителя последовательного типа является к.з'. в момент перехода з.д.с. одной из фаз вентильной обмотки трансформатора, 'подключенной к закороченному мосту, через нуль. Этот режим идентичен внешнему глухому к.з* вестипульсовего мостового выпрямителя» ь кривые мгновенных значений относительных аварийных токов совпадают с кривыми, приведенными на ряст, 3.'

Реяиы внешнего глухого к.з. ш. выходе доенадцатипульсового Ешрямителя последовательного типа (режим У1 на рь.-. I) порно-, начально рассмотрен при независимой работе каядого из кос?п, т.е. без учета их взаимного влияния. Тока на выходах отдельных мостов Iп представляют■огибавдие максикаль-

них токов вентилей соответствующих мостов. Результирующий ток

внешнего глухого к.з., получений с использованием метода наложения, равен .полусумке токое к.з. отдельных мостов:

^К поел * - 0>5 КЛ* + ¡-Кй¥г) '

( 4 )

Для "асчета и построения токов в вентилях при этом виде к.з. составле."к п проанализированы схемы замещения выпрямителя для 12 интервалов повторяемости (за гзриод плтащего нйпряко-н..л) с учетом последовательного включения вентилей обоих мостов. При этом в каждом из мостов работает по три еонтиля. Для седого из интервалов повторяемости получены расчетные выражения, :.о которым построены кривые мгновенных значении аварийных токов в вентилях. Кривая результирующего тога к.з. ¿^ ^ практически совгздае. с кривой тока •

В двенадцатипульсовом выпрямителе параллельного тша глухие к.з. на выходах отдельных мостов~н на выходе выпрямителя в цзлом (мезду общим катодом выпрямителя и общим выводом уравнительного реактора УР) обусловливают, аварийный рсетм всего выпрямителя. Б случае возникновения к.з., аналогичного режимам У и У. (рис. I) при холостом ходе выпрямителя параллельного типа, один из мостов оказывается накоротко замкнутым. Скорость нарастания аварийного тока в контуре к.з. второго моста огранп-' чивается сопротивлением двух ветвей УР - 2 . Относительные значения аварийных токов вентилей.в первом мосте определяются по расчетным выражениям, приведенным для режима У шестипульсово-го мостового выпри¡кителя, а относительные значения аварийных токов ео втором мосте получены аналогично с учетом сопротивления 2 . Результирующий ток к.з. на выходе двенадцатипульсоЕого

выпря:.мтеля параллельного типп,' выроненный в относительных единицах, рг^ек сумме аварийных токов отдельных мостов: . . *

пар * - Ькх* 4" а • ( 5 )

В слупае возникновения режима, аналогичного регатам У и У1 при работе выпрямителя на нагрузку с сопротивлением Z и , один из мостов загаснут на выходе накоротко, а второй нагружен Ни эквивалентное сопротивление, сбразованн з последовательным соединением Z у.Р и цели, содержащей включешшз параллельно Zy.p Н Zri .

При'внешнем глухом к.з. на выходе двенадцатипульсового выпрямителя параллельного типа результирующий „ок на выходе выпрямителя Сц пар-х- TaK::e равен сумме аварийных токов обоих мостов, в каждом из которых скорость нарастания тока ограничивается сопротивлением Z у.р • Принимая ео внимание, что в, режиме к.з. векду больших величин аварийного Toica индуктивность

• УР существенно сникаете:,, а активное сопротивление pro незначительно, обзде сопротивление .УР можно не .учитывать. В этом случае значение аварийного тока к.з. Ь ц пари будет максимальным и справедливым для всех трех режгмов (У, У7 к УХ).

Анализ электромагнитных процессов в релсимо 1У' двенадца-т:шульсового выпрямителя последовательного типа и в режимах 1У

• и 1У' двенадцаишульсового выпрямителя параллельного типа показывает, что состоите одного из мостов практически не влияет на состояние другого. Из этого следует, что упомянутые режимы ана-лоы^чы режиму 1У шесишульсового мостового выпрямителя и описывается аналитическими выражениями, полученными в разд. 2 настоящей работы. Но при рассмотрении режимов 1У и ЗУ; динадцати-пульсоЕого выпрямителя параллельного типа необходимо учитывать, что во- виешшш цепь протек...шя аварийного тиса нарялу с Rdx и

¿4 du, ' входит соироглвлеиие Z . 3-го приводит к уменьшению величины аварийных токов.

Режим 1У двенадцатипульсового выпрямителя последовательного типа (рис. I) за период питащего напряжения содержит i8 интервалов повторяемости. Б кагдом из интервалов.наряду с вентилями поста, в котором,произошло однофазное к.з., рр^отают вентили соседнего моста. Расчет аварийных токов ведется в относитель-яшс единицах. В качества базисного принимается значение тока

~т" — У^ Е2<р

где = +/?а'лг ; ^ -41л&±1<1к

Реши 1У двенадцамшульсоЕого выпрямителя является болео ; опасньи, чем регшк 1У , и характеризуется большей амплитудой ' аварийного тога. Аварийный ток такзе Содержит значительную переменную составляющую. Зто свидетельствует о том, что и для-двенадцатзпульсоЕых выпрямителей необходимы разработка и "^ста-новка защиты, исключающей возможность опасного влиягшя аварий- . ного тота на смежные устройства'* '

В четвертом разделе рассмотрены защиты ДЕенадцатипулвсэвых выпрямителей. Отмечено, что перегрузочная способность выприн-. теля определяется допустит.ими способностями тягоеого. тгзнс$0]>--матора и вентильных конструкций (блоков). Тяговые трансформатор ры догускают большие перегрузи! (и п^ краткости, п по длительности), чем вентильдые конструкции. Поэтому выбор и расчет ус-, тавок загит выпрямителей от сверхтоков в "ервуи очередь базируются на технических характерястших всиетлъпвх конструкций.

На тяговых подстанциях магпстралышх железных дорог для защиты выпрямителей (в том числе и деснажз^пдульссг^х) применяются следущие виды защит: токовая отсечй» (ТО) без гндерша Бремени, максимальная токовая защита (МГЗ) б выдержкой'времени С,5-0,6 с, земляная защита, защита от пробоя вентилей, засщ-а— от длительной "ерегрузкй выпрямителя. -

Приведенные виды защит , в частности, ТО а.ШЗ, устанем лиЕаекые со стороны сетевой обмотка тягового трансформатора выпрямителя, но тзеагирую- на специфические виды аварийных режимов - однофазные короткие замыкания на землю вентильных обмоток траксформаторов*-вследстви9 того, что величина аварийного тока не достигает тока уставки. Для запйты от этого вала совладений

(6 ) ( 7 )

ранее применяюсь Ь;ТЗ обратно!: Последовательности с использованием рало, построенных на основе '¿ильтра токов обратной последовательности (ФТОЯ). Подобная закгта хорошо зарекомендовала себя в устройствах с синусоидальными хеками. Однако в устаношах с косинусовдальныма токами, к которым относятся вы. прямитоли, происходит расстройка ФТОП и, всяедствле этого, дохлое срабатывание защиты, Это обстоятельство привело к тому, • что ука<>а"ием ЫЕ" требозаые об установке ШВ обратной последовательности было отменено, и в настоящее время выпрямители практически рабо-имт без защиты от несимметричных коротких замыканий. Данные авар&шые режимы представляют опасность не только для выпрямителя, но и угрожают безопасности двияения гоездов, т.к. при этих видах поврегдений возмонны нарушения работы устройств автоблокировка вследствие г.ротекания по рельсо-во11 цепи аварийного тока, содержащего гаркошиж с низкой частотой.

И разделе приводится описание принципиально новых электронных запг'т от несимметричных коротких замыканий - токовой балансной (ТЕЗ), фаз03011 импульсной (5ИЗ) и комплекта электронной защиты выпрямителя ЭЗВА, в основу которых заложено определение не-сиымстрии сетевых токов (на входе) выпрямителя без использования ФТОП.

Завдта ТЕЗ выполнена на принципе (¡равнения величин токов с седних фаз на входе выпрямителя, равных мезду собой при нормальных реаимах. При'несимметричных коротких замыканиях возникает дисбаланс э-.лх токов, на что и реагируют пусковые орган: запиты.

¡3 основе защиты £13 заложена ; идентификация фазовой неси! мэтрии тотемы сетевых токов при аварийных режимах выпрш,си-толя. '

Комплект защити ЭЗГЛ, реагирувдей на все вида .¡.оЕрездения Выпрямителя, в:дачает три основных узла: ¡ШЗ, «¡'15 без Екдер;;-:;;: времени и узел блокировки от логлого срабатывания 313 при холосто" ходе к включении выпрямителя на нагрузи'. Разработанный

комплект защиты Э32Л мо:;сет бить применен На выпрямителях тяговых подстанций «лектричестаис лелсзних дорог постоянного ч'ока с любым числом пульсаций в кривой выпрямленного иапряяснчя.

Условный экономический эихЬект от предотвращениг за год одного непланового перерыва двииения поездов продолзкительностью одни час при оснащении ипряштелей одной дистанции а;г..троснаб-^еная комплектам ЗЗНА в ценах мая 1525 г. составляет 16,7 млн р.

пятом, разделе приведены результаты экспериментальных исследований искусственно создаваегшх аварийных ре.таыв ре 'эти шести- и двснадцатипульсовых выпрямителей на лабораторной установке и на действуем оборудовании тяговых подстанций Лузино и Омск ЗСЦЦ. Полученные данные подтвердила справедливость ^.зорети-чеекпх положений и расчетов, приведешшх в разд. 2 и 3 настоящей работ_,■ что иллюстрируется качественной аналогией экспорт зниль--пых кривых с расчетными.

Измеренные в ходе экспериментальных исследований ударное и установившееся зна чешш токов глухих к.з. на выходе две, адпати-пульсового выпрямителя последовательного типа тяговой подстанции

Лузино (¿^поол.'/д" 30»638 паелчепг 17»зе4 ^ и на выхо-

де двенадагтипульсового выпряштеля параллельного типа тяговой подстанции Омск ( Сдгпар.уд = 32,16 ПарЖт= 1Э,20 1<Л)

подтверждаются расчетами, произведенными по выражениям л кривим • мгновенных значений аварийнее токов, приведенным в разд. 3 настоящей работы. Исходны1.я для расчетов являются паспортные пара-.метры электрооборудования, применяемого на х<онкретной тяговой подстанции, "асходцение мевду результатам расчета и эксперимента не превышает 5-6$. При этом нужно отметить, что ьзвостяыэ метидики расчета позволяет опреде зип ,г:шь приближенные значенил ударного и установившегося тока короткого замыкания на выходе выпрямителя. В {яде случаев расхождение мезду результатами расчета и эксперимента превышает 20?.

В ходе экспериментальных исследований аварийных р здыг® .даенадцатипульсовых выпрямителе;', проводились испытания комплекта эчектронг.ой зацаты ЭЗБА, который показал высогто чувствитель-

ность, 'быстродействие и надежность работы. Собственное время срабатывания SIS, входящей в состав комплекта ЗЗЕА, находилось в пределах от 3,33 до 15 мс, а полное время отключения выпрямителя (включая собственное время отключения масляного выключателя) не превысило 0,2 с.

' ? ОСНОВНЫЕ ЬЫВОДЫ И ДРШСШН1РЛ

I..Выполнен' анализ переходных процессов, возникающих при аварийных режимах шести-, и двенадцатипульсовых мостоенх неуправляемых выпрямителей.

2. Исследованы аварийные режимы, 'являющиеся специфически!,п даявыпрямителей электрических нелезных дорог- постоянного тока-однофааные короткие замыкания на землю в.ентшшшх обмоток тяговых трансформаторов.

3. Получены расчеглые выранения дая определения аварийных токов двенадцатипульсовых вьтдтштелей при внутренних и внешних .коротких замыканиях. Построены кривые мгновенн'К значений аварийных токов выпрямителей, определены зависимость амплитудных значений и продолжительность протекания аварийных токов вентилей от параметров схем замощения.

4. Разработаны элс. .стройные защиты выпрямителей от однофазных 'коротких замсаниА на землю вентильных обмоток тяговых трансформаторов - токовая балансная.и фмзбЕая импульсная.

' '5. На базе защиты ®3 создай и внедрен комплект электронной защиты выпрямителя ЭЗВА, реагирующей на все виды повреждения выпрямителя. Разработаннгй комплект защиты ЭЗЕА может быть применен W выпрямителях тяговых подстанций.постоянного тока о любым' числом пульсаций в кривой выпрямленного напряжения.

, 6« Подтверждена достоверность теоретических исследований аварийных реашов шогопуяьсовых выпрямителей и проверена работоспособность защит ÎE3, ШЗ"и комплекте ЭЗВЛ путем экспериментальных исследований на лабораторной установке п на действующем

ойорудованаи тяговых подйтанцнй, • . - •

■ , ,.

' .24 ;

7. Полученные в ходе экспериментальных исследований ударные и установившиеся значения токов глухих коротких замыканий на выходах даенадцатлпульсовых выпрямителей действущих тяговых подстанций подтверждаются расчетам, выполненными с использованием методики, приведенной в настоящей работе. Расхождение между результатами расчета к эксперимента не превышает 5-5%,

8. Ожидаемый эконокнчеоэдй э^йокт от полного использования . «> комплекса работ, включающего методику расчета аварийных режимов в двенадцатипульсовых выпрямителях, разработку-охем соединения и конструкций вентильных блоков, составляет в ценах 1986 г. 560 тыс. р. Условный экономический эффект от предотвращения за

год одного непланового перерыва движения поездов продолжительностью один час при оснащении выпрямителей одной дистанции электроснабжения комплектами ЭЗВА в ценах мая 1995 г. составляет 16,7 млн р.

Основные положения диссертации опубликованы в работах:

1. Салита Е.Ю. Использование вентиль!шх блоков ПВЭ-3 и ПВЭ-5 в двенадцэтипульсовой схем® последовательного типа //повышение качества электрической эаерпш на тяговых подстанциях: Меявуз. темат. сб. науч. тр. / Окский ин-т инж. а,-д. трансп. Омск, 1981. С. 48-54.

2. Результаты экспериментального исследования даенадцати-пульсовнх вкпрякителей / Б.С.Еарковский, Е.Ю. Салита, М.Г.Шалимов и др. // Повышение качества электрической энергии на актовых подстанциям: Межвуз. темат. сб. науч. тр. / JkciciA ин-т ннж. ж.-д. тргнсп. Омск, 1983. С. 97-ЮО.

3. Еарковский Б.С., Салита Е.Ю. Обобщение теории ыоотоенх схог* выпрккления и выбор оптимальной // Повышение качества электрической энергии на тяговых псдаотанциях: Меашуэ. текат. сб. науч. тр. / Окский ин-т инж. ж.-д. трансп. Омск, 1983. С. 15-21.

4. Шалимов М.Г., Салита 2.Й. Особенности работы юстшуль-сового мостового выпрямителя в режиме одаофазного короткого за-

м'.'кания венти?-.ной обкртш на землю // Улучшение качества и снижение.потерь электрической энергия е системах электроснабжения .полезных дорог: üerir/s. темат. сб. науч. тр./ Омский -ин-т шш. ж.-д. трансп.- Омск, 1986. С. 20-30.

5. 1Лагак Г.С., Салила З.К/. Однофазные короткие замыкания двенадцатипульсовых выпрямителей // Улучшение качества и сши:;е-нке потерь электрической энергии в системах электроснабжения кслез.лх дорог: швж^уз. темат. сб. науч. тр.. / Омский ин-т-иня;. ж.-д. трансп.-Омск, 1986. 0. 9-17.

6. ыагай Г.О., Усенко А.П., Салита ü.K. Электронная защита ■ выпрямительного агрегата // . лучшепе качества и снижение потерь электрической энергии в системах электроснабжения железных до-р.:г: Ыелизуз. темат. сб. науч. тр./ Омский ин-т инж. ж.-д. транец. Омск, 1988. С. 9-12. .

7. У^енко A.Ii., Салита Ü.10. Защита ДЕадцатичет-рехпульсовых гыпрямителей от аварийных токов // Разработка и исследование автоматизированных средств контроля и управления для предприятий железнодорожного транспорта: Ыежвуз. темат. сб. науч. тр. / Омский Ш1-т шш. ж.-д. трансп. Омск, 1990. П. 20-23.

8. Энергосберегающая техника для тяговых подстанций постоянно: 1 тока / Б.С.Барковский, Г.С.МагаЛ, Л.С.Панфиль, Е.Ю.Сали-та, М.Г.Е-лкгов и др. // Актуальные проблемы экономии электро- .

' энергии'и тог-uiBa на ж.-д. транспорте / Московский ин-т иие. а.-д. трансп. М., 1988. С. 120-127 (Дел. в ЦНИЬ^ЭИ ШС 15.03.88, ]} 44CG - жд88).

9. Экспериментальные исследования электромагнитных процессов в двенадцатиульсовом выпрямителе последовательного типа / Комякоъа Т.В., Магай Г.С., Пономарев А.Г., Салита Е.Ю.; Омский ин-т инк. ж.-д. трансп., TS36.-IC с.-Деп. в ЦНШТЗИ ШС 23.07.86,

'!' sc62; _ . '

10. Двенадцатппульсовне выпрямительные агрегаты для тяговых подстанций городе: ого электрического тран порта / Рсщупкиы Б.П., 1.5огай Г.С., Салита З.Ю., Шалимов L.P.; Омский ин-т инж. ж.-д. тропы..,- 19о6.-" с.-Дсп. в Пнформолектро 15.01.86, .',"206 -.3?.

11. Короткие замыкания i;a выходе днонадцат-пульсо^ого г-ыщхш-ггеля последовательного типа / И'ал^ов ¡/¡.Г., кагай Г.С., Салнта E.iu.; Окский нн-т ина. к.-д. т^исп. , 1983,-23 с.-Деп. в цщ-штэк шс 07.се.зз, 4510.

12. A.c. 1633779 СССР, frSGl ¿02М 7/12. ПреобразоЕател- пе-

• ременного тога в постоягжй / Е.С.Борковский, Г.С.Маг~й, В.П.Иа-ценко, А.Г.Пономарев, Е.й.Сглита.

• 13. A.c. 1474789 СССР, МКИ Н02Н ,/125. Способ закд-^ы выпрямителей от несимметричных замыканий / Г.С.Уагай ."З.Й.Сглит^, А.П.Усенко.

14. A.c. 1647749 СССР, МКИ Н02Н 7/125. Устройство для защиты д^адца'тичетырехпульсового выпрямителя / Г.С.Ыагай, Г.Ю.Са-лита, А.П.Усенко. .

15. Усенко А.П., Салита Ü.&., Магай Г.С. Электронные заи-ты (средства диагностирования) мяо: одульсовых выпрямителей // Методы и рредства диагностирования тех:шческих средств келезно-дороаного транспорта: Тезисы докладсч Всесоюзной на^чно-техни-ческой конференции. Омск, IS89. С. 2IC.

"16. Усенко А.П., Магай Г.С., Салита Г.Ю. Электронные защи-•ты выпря.л1тельных агрегатов ov несимметричных коротких замыканий // Энергетическая эльктроника на транспорте: Тезисы докладов республиканской научно-технической конференции. Севастополь, 1230. С. 66-67.

17. Федотов Л.П., Пономарев А.Г., Салита 2.Ю. Результаты 'опытной эксплуатации двенадцатипульсового выпрямительного агрегата в системе электроснабжения городского электрического транспорта // Пути дальнейшего совершенстрования преобразовательной техники для тяговых юдстанций гсрэлектротранспорта: Тезисы докладе.^ Всесоюзного научно-техтаческого совещания. Свердловск, I99U. С. 43-44.

18. Шалимов М.Г., Салита Е.Ю., Волков H.H. Опы? эксплуаи»--паи. двенадцатипульсовых выпрямителей на Западно-Сибирской se-: лёзной дороге// Мет ды и средства диагностирования технических

средств зрлезаодороиаоги транспорта : Тезисы докладов Всесоюзной научно-технической конференции. Омск, 1939. С.237.

'Автор выражает благодарность и признательность научному консультанту-канд.техн.наук, доценту Г.С.Ыагаю за оказанную помощь в работе над диссертацией.

Типография ОмШО, а. 859, тара* 100 акз.