автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.12, диссертация на тему:Бесконтактные коммутирующие устройства на напряжение 6-10 КВ

Нижегородский государственный технический университет

РГ6 ОД - 5 ИЮН 1995

На правах рукописи

ВАГАПОВ Юрий Фаритович

бесконтактные коммутирующие устройства на напряжение 5-10 кв

Специальность 05.09.12. - Полупроводниковые преобразователи

электроэнергии

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

г.Нкжнкй Новгород -1995

Работа выполнена в Нижегородском государственном техническом университете.

научный руководитель

доктор технических наук, профессор ТУМАНОВ И.М.

официальные оппоненты

доктор технических наук, профессор МАГАЗИННИК Г.Г. кандидат технических наук, дсцент СЕРЕБРЯКОВ A.C.

ведущая организация

СВПО "Трансгроомтгзр", г. Тольятти

Защита состоится "¿3* ИЮНЯ 1995 г. в часов в

аудитории N 1258 на заседании диссертационного совета К.063.85.06 по присуждению учёных степеней кандидата технических наук в Нижегородском государственном техническом университете (603500, ГСП-41, г. Н.Новгород, ул. Минина, 24).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке технического университета.

Автореферат разослан

.¿О• Мая 1995 г.

Учёный секретарь диссертационного совета K.T.H., с.н.с.

В.В.Соколов

общая характеристика работы

Актуальность про5лемы. В настоящее время благодаря достижениям силовой полупроводниковой электроники появилась возможность создания бесконтактных коммутирующих устройств (БКУ) с быстродействием и коммутационным ресурсом, значительно более высоким, чем у традиционных электромеханических коммутационных аппаратов. Эти ■ свойства, а также отсутствие подвижных частей и дуговых явлений обусловили широкое использование полупроводниковых БКУ в сетях низкого напряжения в качестве аппаратов управления и.зашиты. Создание БКУ для работы в сетях высокого напряжения до недавнего ' времени сдержизалось из-за отсутствия соответствующей элементной базы. И только новые силовые полупроводниковые приборы (СПП). с повышенными уровнями допустимых напряжений и токов привели к появлению БКУ высокого напряжения.

Б настоящее время на основе полупроводниковых БКУ .для сетей 6-35 кВ создаются мощные преобразовательные установки для повышения качества электроэнергии {УПКЭ}. Функциями УПКЭ являются регулирование напряжения, обеспечение бесперебойности питания, компенсация реактивной мощности и симметрирование напряжения. Параметры применяемых БКУ существенно влияют на эффективность УПКЭ, а в ряде случаев полностью определяют функциональные возможности и качественные показатели устройств.

■ В системах электроснабжения БКУ находят свое применение не только в УПКЭ. Благодаря своему быстродействие и коммутационным свойствам БКУ успешно конкурируют с кон-тактной коммутирующем аппаратурой. Высоковольтные БКУ применяются для управления электроприемниками промышленных предприятий в сетях 6-10 к&с целью обеспечения экономичного режима потребления электрозкзргии и автоматизации ■ производственных процессов.

С другой стороны, высоковольтные БКУ в сочетаний с аппаратурой традиционного электромеханического исполнения открывают новые возможности в технике электроснабжения. Бестоховсл ксимутация, синхронное управление и высокое быстродействие БКУ позволяют по пегому построить системы АВР и токоограничения.

Выпускаемые промышленностью высоковольтные БКУ обладают рядом недостатков, которые ограничивают и* фирекэе применение. К ним относятся значительное количество СПП, высокий уровень потерь злеет ркчоской энергии, сложная система управления, громоздкая конструкция силозсЛ части и системы охлаждения. Высоковольтные БКУ. как правило, имеют воздушную или водяную систему охлаждения и, а сочетании с о5«лач£Нкем надежной электрической изоляции, требуют для норцаяьной ргёотьгх/гйцатическиэ условия закрытого

отапливаемого помещения УЗ. Высокая стоимость и массогабаритные показатели существующих высоковольтных БКУ обуславливают их применение только в тех случаях, когда другая коммутационная аппаратура неспособна удовлетворить требования по быстродействию, коммутационному ресурсу и надёжности работы при большой частоте повторения. Поэтому высоковольтные БКУ, в настоящее время, используются, в основном, при реализации важных и дорогостоящих проектов в области энергетики. Примером может служить применение высоковольтных БКУ в преобразовательных агрегатах линий электропередач постоянного тока (линия Итайпу - Сан-Пауло в Бразилии, вставка постоянного тока Россия - Финляндия), в мощных компенсатссах реактивной мощности для дуговых сталеплавильных печей (Молдавский и Дальневосточный металлургические заводы).

Таким образом, исходя из недостатков существующих высоковольтных БКУ, можно выделить ряд проблем," которые необходимо решить для дальнейшего развития этих устройств.

1. Сокращение количества последовательно соединяемых СПП. Эта проблема связана с наличием соответствующей элементной базы, а именно, с наличием (СПП) обладающих высокими предельно допустимыми параметрами. Необходимо отметить, что при разработке подобных приборов нужно найти компромисс между их динамическими параметрами и предельно допустимыми.

2. Уменьшение потерь электрической энергии в силовой части БКУ. Один из осноеных источников потерь в высоковольтных БКУ это СПП' и цепи равномерного деления напряжения между ними. На СПП приходится меньшая час.о выделяемого тепла и сокращение их числа отчасти уменьшает потери. Цепи равномерного деления напряжения между последовательно соединёнными ЗПП представляют собой существенный'источник потерь электрической энергии л яаляются главным объектом при решении указанной проблемы.

3. Уменьшение веса и габаритов БКУ. Уменьшение. величины потерь и зыбор оптимальной системы охлаждения яаляются основными предпосылками создания компактной конструкции БКУ. При решении данной проблемы необходимо учесть дза взаимопротивоположных фактора. Это требования зле.ктрическсй прочности изоляции и климатического исполнения У1. Создание инструкции БКУ климатического исполнения У1 представляется весьма важным, гак как это позволит размещать БКУ на открытой площадке и, следовательно :вести к минимуму капитальные затраты ло'внедрению БКУ.

4. Создание простой и надежной системы управления БКУ, а так же (дсвг.етворениз требований высокой электрической прочности гальванической зззвязки и помехозащищенности обуславливает использование, при разработке :истемы управления, оптоволоконых линий связи, электронных срото- и :вотоприборсв и других технических еселстя

Разработка высоковольтных БКУ с низким уровнем потерь электрической энергии, с простой и надежной системой управления, с удовлетворительными весогабзритными показателями и высокими изоляционными свойствами создаст условия для широкого внедрения этих устройств в промышленность, энергетику и электротранспорт.

Цель работы: Разработка и исследование БКУ для трёхфазных сетей 610 кВ.

Для достижения поставленной цели автор решает следующие задачи:

- анализ существующих структурных и схемных решений высоковольтных БКУ и разработка новых БКУ на основе силового тиристора Т253-580;

- разработка математической модели БКУ для исследования электромагнитных процессов в статическом и динамическом режимах работы;

- теоретическое и экспериментальное исследование БКУ в статических и динамических режимах работы;

- разработка инженерной методики расчета элементов БКУ;

- разработка и внедрение в производство опытно-промышленных образцов высоковольтных БКУ для сетей 6 кВ.

Методы исследования. Исследование коммутационных процессов и аварийных режимов БКУ выполнено на основе метода'расчета нелинейных электромеханических устройств. С этой целью для ПЭВМ были реализованы:

- математическая модель БКУ в матричной форме записи;

- метод переменной структуры- системы дифференциальных уравнений, существенно сокращающий порядок матриц в различных режимах работы БКУ;

- метод Рунге-Кутт'а в модификации Мерсона численного решения систем дифференциальных уравнений, обеспечивающих эффективность вычислительного процесса за счет автоматического выбора шага интернирования.

Научная новизна.

- разработаны лринципы построения силовой части БКУ, позволяющие сократить потери энергии, существенно повысить надежность устройства и расширить область его применений;

- на основе метода режимных расчетов нелинейных устройств разработана математическая модель для анализа электромагнитных процессов в статических и динамических режимах работы БКУ; -

- исследованы электромагнитные процессы в нормальных и аварийных режимах работы БКУ, полученные результаты использованы при разработке и изготовлении партии опытно-промышленных образцов БКУ.

Практическая ценность работы.

- разработаны схемные решения высоковольтных БКУ для коммутации в трёхфазных сетях 6-10 кВ, позволяющие уменьшить потери электрической энергии и минимизировать габариты устройств;

- разработана система управления с опто-электронной гальванической шзвязкой, обладающая быссксй степенью электрической прочности и не имеющая дополнительных источников питания на высоком потенциале силовой |асти БКУ;

- разработана методика инженерного расчета для разработки и конструи-ювания БКУ; 4

- по результатам исследований ПО Трансформатор" (г.Тольятти) совме-:тно с Нижегородским техническим университетом проведен комплекс научно-юследовательских и опытно-конструкторских работ (НИОКР), завершившийся ювоением в производстве и выпуском партии опытно-промышленных образцов (ысоковольтных БКУ для сетей 6 кВ.

Реализация результатов работы. Результаты проведенных исследова-1ий и разработанная методика инженерного расчета использованы при проекти-ювании опытно-промышленных и серийных образцов БКУ на ПО "Трансформа-ор" (г.Тольятти).

Апробация, работы. Основные положения, результаты, выводы и рекомендации диссертационной работы докладывались и обсуждались на следую-цих научно-технических конференциях: Научно-технические конференции "Акту-тьные проблемы электроэнергетики", г.Нижний Новгород, 1989г., 1993г., 1994г.,' Всесоюзная научно-техническая конференция "Силовая полупроводниковая тех-1ика и ее применение в народном хозяйстве", г.Миасс, 1989г., Международный шучно-технический-семинар'"Моделирование и'контроль качества в задачах )беспечения надёжности радиоэлектронных устройств", г.Шауляй, 1992г.; Меж-;умародная научно-техническая' конференция "Электропривод переменного то-:а", г. Екатеринбург, 1995 г. •

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 11 работ и попутно 2 авторских свидетельства.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырехглав, заключения, списка литературы и приложения. Объем диссер-ации составляет: 112 стр. основного текста, 64 рисунка, 8 таблиц, 12 стр. списка «пользованной литературы из 121 наименования, 22 стр. приложений.

х '

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, определена цель работы, указана научная новизна и практическая ценность диссертации, даны основные юложения, которые выносятся на защиту, а также информация о внедрении и обсуждении результатов исследований.

В первой главе проведен обзор существующих коммутационных

применения высоковольтных БКУ.. Для дальнейшего совершенствования БКУ с естественной коммутацией и отсутствием Фазового управления, в. целях расширения их функциональных возможностей, а следовательно и областей применения, выработаны новые принципы построения силовой части:

1. Использование новых тиристоров для БКУ, которые имеют более высокий класс по напряженигаи низкое падение напряжения в открытом состоянии за счет некоторого ухудшения динамических параметров. Такой подход приводит к появлению нового отдельного класса СПП предназначенных для коммутационных устройств энергетической электроники.

2. Применение нового способа выравнивания напряжения между после-■ довательно соединёнными тиристорами на базе использования вспомогательных трансформаторов из аморфной электротехнической стали, позволяющего сократить потери электрической энергии в выравнивающих цепях.

3. Отказ от вторичного преобразования на высоком потенциале силовой части БКУ светового сигнала системы управления в электрический. Это позволяет существенно сократить количество полупроводниковых элементов БКУ и повысить надёжность устройства в целом.

4. Использование системы масляного охлаждения, для увеличения весо-габаритных показателей и создания конструкции БКУ, удовлетворяющей требования климатического исполнения У1.

Реализация перечисленных принципов требует использования новой современной элементной базы и материалов, которые разработаны рядом предприятий бывшего СССР в соответствии с ТЗ Нижегородского государственного технического университета. К ним относятся:

- новые высоковольтные тиристоры типа Т253-580, разработанные ПО "Электровыпрямитель" (г.Саранск) и имеющие 60-80 класс по напряжению при времени выключения 600 мкс;

- новые силовые фототиристоры ТФ132-25, разработанные ЗПО. "Преобразователь" (г.Запорожье) 12-18 класса по напряжению и имеющие конструкцию, предназначенную для сочленения со световодом;

- аморфные' электротехнические стали (AMC) 7411, 7421 и 7431, разработкой которых занимается институт прецизионных сплавов ЦНИИЧерМета (г.Москва). AMC позволяют формировать у них необходимые магнитные свойства путем отжига в магнитном поле.

На рис.1 представлена базовая схема высоковольтного БКУ, удовлетворяющая выше изложенным принципам построения силовой части. В этой схеме выравниванеие напряжения осуществляется вспомогательными трансформаторами, а световой сигнал управляет непосредственно силовым фототиристором.

к

\

Схема высоковольтного 5КУ

Рис.1

Вторая глава посвящена разработке математической модели БКУ. При

проектировании и анализе работы БКУ важное значение имеет создание математической модели, адекватно отражающей протекающие в устройстве процессы."

Переходные процессы в БКУ, с точки зрения динамических характеристик ключевых элементов, можно разделить на два вида. Первым видом являются те процессы, длительность которых значительно больше времени переключения СПП. В этом случае схема замещения БКУ представлена в виде схемы с несемейной структурой, г ключевые элементы моделируются как идеальные ключи. Ко второму виду относятся процессы, длительность которых соизмерима со -воеменем переключения СПП. Для анализа этих процессов использована схем а замещения с постоянной структурой, в которой сопротивления ключевых элементов представлены в виде функции от времени переключения Яг({). Кроме этого, с целью моделиоования разбооса динамических Параметров тиристороз, каждый ключевой элемент описывается своей, отличней от других функцией сопротивления от времени. Для имитации принципа анодного управления, на оснозе которого функционирует схема (рис.1), модель ключевого элемента дополняется зависимостью момента включения от тока протекающего через

БКУ в своем составе имеет нелинейные резисторы - варисторы. Вари-сторы не являются элементами с мгновенным быстродействием, а имеют определённую инерционность. Для того, чтобы учесть этот фактор, модель вариатора представлена как последовательное соединение нелинейного резистора, имеющего аналитическую зависимость (1), и индуктивности.

где: иВАР - классификационное напряжение взрнстора.

Так как БКУ содержит в своем составе нелинейные ферромагнитные элементы, то схема замещения изображается в виде двух схем замещения, отдельно для магнитной и электрической цепей устрэйства. На рис.2 представлена схема замещения электрической цепи с переменной структурой.

В качестве метода основного метода исследования процессов в БКУ принят общий метод режимных расчетов нелинейных преобразовательных устройств. Ниже приведена математическая модель в матричной форме (2), основанная на указанном методе.

БКУ.

(1).

Л-

Схема замещения электрической цепи БКУ 3 __._

Рис.2

Программная реализация математической модели осуществлена на ос-ове комплекса имитационного моделирования, в котором для численного реше-ия дифференциальных уравнений использован метод Рунгз-Кутта в модифика-ии Мерсона.

Тратья глаоа посзящена результатам математического моделирования.

Неидентичность хаоактеристих СПП существенно влияет на аспределение напряжения при их последовательном соединении. В татическом режиме, характеризующемся относительно медленным изменением апряжения, определяющую роль з распределении напряжения играют токи течки СПП как в прямом, так й .в'обратном направлениях. При отсутствии нешних цепей деления напряжения, ббльшая часть приложенного напряжения риходиться на приборы с меньшими токами утечки. Ячейка БКУ представляет обой два встречно-параллельно уединенных тиристора, поэтому через неё дновременно протекают обратный ток одного тиристора и ток утечки другого. ,ля того, чтобы моделировать распределение напряжения по ячейкам, еобходимо знать эквивалентный ток утечки ячейки, который представляет обой сумму обратного тока и тока утечки тиристоров, входящих в ячейку, .нализ распределения напряжения, исходя из параметров тиристоров, рсизведен для БКУ, в котором ячейки имеют различное значение квивзлентного тока утечки: /ут.мах = 340 'ут.ср = 170 мА; 1ут.мт ~ 1° мА.:

Равномерное распределение напряжения,в БКУ достигается с помощью спомогательных трансформаторов, первичные обмотки которых соединены оследовательно, а вторичные параллельно (рис.1). Тиристорные ячейки одключены параллельно первичным .обмоткам. При условии одинакового эзффициента трансформации • у всех трансформаторов, напряжение по иристорным ячейкам распределяется пропорционально количеству рансформаторов. Для. того, чтобы оценить равномерность распределения апряжения по тиристорным ячейкам, необходимо определить отклонение апряжения на каждой ячейке от оптимального (равномерного) распределения:

(3),

;е: иБКУ - напряжение приложенное к БКУ, л- количество тиристорных ячеек, ■гж - реальное напряжение на /'-той тиристорной ячейке.

Анализ показал, что максимальное отклонение напряжения имеют ячейки крайними противоположными значениями эквивалентных токов утечки. Причем а ячейке с 1ут.м{п напряжение превышает оптимальное, а на ячейке с 1упмах -аоборот. Однако максимальное относительное значение отклонение апряжения на любой ячейке не превышает ±1,95%. Причем, мощнс>сть ыделяемая в тиристорной ячейке не превышает 200 Вт. Для сравнения: :ощность выделяемая на тиристорной ячейке ВСТВП-1600/35 в аналог^'

режиме состазляёт значение проядка 500 Вт, Таким образом, предложенный способ имеет высокую эффективность как по энергетическим показателям, так и по равномерности распределения напряжения.

Исследованы импульсные воздействия напряжения на БКУпри подключен ни/ его к сети. Установлено, что максимальное значение скорости нарастания напряжения dujdt на тиристорах _в этом режиме не превышает 680 В/мкс. Эта величина ниже предельно допустимого значения для используемых тиристороЕ Vra5r,.1). ■ ''

Исследованы коммутационные процессы при включении и отключении 5КУ-нагрузки различного характера. Процессы включения и, отключения БКУ характеризуются . неравномерностью распределения напряжения по тивисторным ячейкам в момент коммутации из-за разброса динамических параметров тиристоров. Причем, в наихудших условиях при включении оказывается тиристор_-включающийся последним, а при выключении - самый быстродействующий тиристор. При исследовании установлено, что при. коммутации отдельных видев нагрузки, амплитуда выбросов напряжения на тиристорах, находящихся в неблагоприятных условиях, достигает порога ограничения ваписторной зашиты.

С целью определения эффективности работы взрисюров, исследованы и. определены условия их безинерционной работы. Амлитуда выбросов чапряжения при включении . составляют 104-108% от классификационого напряжения варисторов, а при выключении обеспечивается безинерционная забота варисторов..

Напряжения на тиристорных ячейках БКУ при выключении активно-индуктивной нагрузки 500А с со»(р=0,1 (а) и cosp =0.98 (б)

(а) ' (б) t,.«=

Рис.3

На рис.3 представлены графики изменения напряжения на тиристорах в >КУ при отключении активно-индуктивной нагрузки, где происходит ограничение апряжения (а) и где этот процесс отсутствует (б).

Исследованы процессы работы БКУ с нагрузкой различного характера. Определены углы вклюиения, наличие котосых связано с реализацией 9 устройстве принципа анодного управления, и связь их величины с параметрами нагрузки. Установлено, что эффективная работа б'КУ обеспечивается паи токе нагрузки любого характера в диапазоне 10-500 А. Угол зключения при токе нагрузки менее 10 А увеличивается на величину более 15 эл.град., что можно . использовать для снижения эффективной величины напряжения на высоковольтных электроприёмниках при малых токах нагрузки в целях экономии электроэнергии.

Проведен анализ аварийных режимов работы БКУ, который псказал, что амплитуду тока короткого замыкания, протекающего через БКУ, необходимо ограничивать до величины 11 кА, путем введения токосгрзничиоающих элементов зо внешнюю цепь. .

Четвертая глапз посвящена вопросам проектирования высоковольтных БКУ и их экспериментальным исследованиям.

Предложен ряд схемных решений силовой части БКУ с использованием силовых тиристоров типа Т253-580, параметры которых приведены табл. 1:

Таблица 1

Параметры тиристоров Т253-5В0 (ИЕАП432.641.009)

Обозначение Параметр и единица измерения Величина Условия режима

ип Повторяющееся напряжение, 8 6000-8000

In Предельный ток, А 580 2}=85°С

UT.U Остаточное падение напряжения, В 2,07 1570А,125СС

UT0 Пороговое напряжение, В 1.23

4, Ударный ток, кА 12 10мс,125°С

Обратный ток и тох утечки, глА 200, 6кВ,125°С

Ч Время выключения; мке 600

du/dl Критическая скорость нарастания напряжений, В/мкс 1000

di/dt Критическая.скорость нарастания тока, А/мхс 200

Тепловое сопротивление структура - корпус, фадУВт 0,025

T- *jmax . Температура структуры, град. 125

даны рекомендации по использованию варисторов в цепях защиты и выбору отдельных элементов силовой части БКУ.

Одним из ключевых элементов силовой части БКУ является вспомогательный трансформатор (рис.1). Он работает в двух режимах: в режиме холостого хода и б режиме короткого замыкания. Исходя из этого, вспомогательный трансформатор должен иметь минимально возможный ток холостого хода и минимально возможное сопротивление короткого замыкания. Для достижения таких показателей сердечник вспомогательного трансформатора должен иметь прямоугольную петлю гистерезиса с высоким значением ц. В качестве материала сердечника -рекомендуется AMC марки 7421. Были проведены исследования с целью определения оптимального режима термообработки для получения заданных свойств AMC. В результате установлено, что сформировать прямоугольную петлю гистерезиса у стали 7421' можно путем её отжига при температуре 370°С в продольном магнитном поле напряженностью 1000 А/м. При этом, индукция насыщения у различных образцов колеблется в пределах от 1,45 до 1,61 Тл. Вспомогательные трансформаторы с магнитопроводами из отожженной AMC имеют ток холостого хода не более 3 мА.

Силовая часть БКУ имеет оптико-электронную систему управления со световодами длиной до 20 М. Отличие используемой оптико-электронной системы управления заключается в том, что световой сигнал управляет непосредственно силовым фототиристором (рис.1), что приводит к сокращению элементов в силовой части БКУ. Использование маслонаполненной конструкции высоковольтного БКУ ведет к созданию специального устройства, совмещающего в себе функции опторазвязки и изолятора, так называемого "оптоизолятора". Оптоизолятор предложенной конструкции, имеет в своем составе два силовых фототиристора ФТ132-25-12УЭ и два световода по которым . поступают световые импульсы на фототиристоры.

Трёхфазная конструкция БКУ содержит 18 силовых тиристоров, которые являются основными тепловыделяющими элементами. При токе нагрузки 500 А в тиристорах БКУ выделяется 10247 Вт тепла. Поэтому, при проектировании, важной задачей является определение тепловых режимов СПП и элементов конструкции БКУ. Для этого предложена методика теплового расчета, основывающаяся на том положении, что коэффициент теплоотдачи а в масле не зависит от линейных размеров конструкции:

а = 0,135С&—)* (5),

го

где: р - коэффициент объёмного расширения; g - ускорение свободного падения; .V - разность температур между стенкой и жидкостью; v - кинематическая вязкость; а - коэффициент температуропроводности.

W -

Данная методика была использована для теплового расчёта высоковольтных БКУ типа ТК250-6000 и ТК500-6000 при проведении ОКР. Расчёт производился для диапазона температур окружающей среды от -45°С до 40°С, что соответствует условиям эксплуатации У1 по ГОСТ 15150-69.

Сравнителная диаграмма расчетных и измеренных значений температуры на элементах БКУ ТК250-6000 при температуре окружающей среды 12°С

50 ,

71.15

70 ..,—т-тС872 65.74

60.5

в

!

С:..

63.35

О Ресчвтноа значе«*э Я Результат испытаний

Кристалл

Корпус Охладитель Масло

Бах

Ояр.срода

Рис.4

Расчеты показывают, что температура кристалла тиристора при максимальной температуре- окружающей среды на превышает максимально допустимой величины 125°С. Для ТК250-6000 ана: составляет 950С, а для ТК500-6000 -119°С. Проведенные тепловые испытания высоковольтного БКУ ТК250-6000 при температуре окружающей среды 12°С показали, что измеренная температура на зсех элементах конструкции БКУ не превышает расчетную. Среднее расхождение между расчетными данными и результатами испытаний не превышает 10,5%.

Предложенная методика теплового расчета может быть применена для засчета любого преобразовательного устройства, котороэ имеет масляную сис-гему охлаждения. Кроме того, с помощью данной методики можно определить максимальную нагрузочную способность преобразовательного устройства при шестной температуре окружающей среды.

По результатам исследований, проведен'комплекс НИОКР, завершив-пийся освоением в производстве и выпуском ПО "Трансформатор" (г.Тольятти) гартии опытно-промышленных образцов высоковольтных БКУ трёхфазного ис-толнения типа ТК250-6000-У1 и ТК500-в000-У1, предназначенных для работ»? в

сети 6 кВ . и коммутации токов 250 и 500 А соответственно. Указанные образцы имеют оптико-электронную систему управления, масляную систему охлаждения, класс изоляции 35 кВ и климатическое исполнение У1.

Проведен -ряд экспериментальных исследований образцов высоковольтных БКУ на испытательном стенде ПО "Трансформатор". В результате было установлено, что предложенный способ выравнивания напряжения по последовательно соединённым тиристорам обеспечивает относительное отклонение напряжения ±0,5% при том, что завод изготовитель гарантирует разброс количества витков обмоток вспомогательных трансформаторов в пределах ±0,1%. Выбросы напряжения на тиристорах, находящихся в неблагоприятных условиях, при различных условиях коммутации не превышали 108% от классификационного напряжения варисторных цепей.

Результаты испытаний подтвердили правильность выбранных технических решений и соответствие результатов математического моделирования процессам, протекающим в реальном устройстве.

основные результаты работы

^ г

1. Предложены човые принципы построен/я силовой части, на основе которых возможно дальнейшее совершенствование и расширение функциональных возможностей БКУ

2. На основе метода режимных расчетов нелинейных преобразовательных устройств разработана и программно реализована математическая модель БКУ, которая позволяет анализировать электромагнитные процессы в статических и динамических режимах работы с учетом нелинейности ферромагнитных и ключевых элементов.

3 Показана высокая эффективность использования дополнительных трансформаторов б качестве средств деления напряжения по последовательно соединённым тиристорам. При использовании тиристоров с предельным разбросам по токам утечки, величина относительного отклонения напряжения не превышает 2%, а мощность выделяемая, на тиристорной ячейке не превышает 200 Вт.

4. Рассмотрены вопросы обеспечения защиты СПП от перенапряжений с помощью оксидно-цинковых влристоров. Определены условия их без-инерциокной работы.

5. Исследованы процессы включения и выключения БКУ в различных режимах работы и определена их зависимость от параметров внешней цепи.

6. Выработан ряд предложений по проектированию высоковольтных БКУ, которые включают в себя:

- рекомендации схемотехнического характера, а также методику расчета и выбора отдельных элементов БКУ;

- методику теплового расчета БКУ. которую можно использовать при проектировании любого преобразовательного устройства имеющего маслснапол-ненную конструкцию;

- предложения по конструированию дополнительных трансформаторов, зхлючагащих з себя методику' отжига AMC в продольном магнитном попе с напряженностью 1 ООО А/м.

- рекомендации по использованию сптико-злектоонных систем управления с длиной световода до.20 М для маслонаполненной конструкции БКУ.

7. Выполнен комплекс. НИСКР, завершившийся изготовлением партии опытно-пзомышленных образцов высоковольтных БКУ типа ТК250-6000-У1 и 7К5СС-€С00-У1, предназначенных для работы в сети 6 кВ и коммутации токоз 250

л 500 А соответственно.

/

Основные положения диесеотацни опубликованы в следующих работах:

1.. A.c. № 1603497 СССР, МКИ Н02 М 1/03. Высоковольтный тиристорный ключ / И.М. Туманов, В.В. Севастьянов, Ю.Ф. Баташов, А.Б. Жималоа, A.A. Лазарев. - Бюл. № 40. - 1990.

2. A.c. Nä 1737521 СССР. МКИ Н01 В 17/14. Изолятор со встроенной опто- . системой / В.А. Ярыш, £.Ф. Сурнин, Ю.Ф. Вагапов, В.В. Севастьянов. - Бюл. № 20. -1992.

3. Высоковольтный тиристорный ключ / В.В. Будник. Ю.Ф. Вагапов, В.В. Севастьянов, И.М. Туманов // Силовая полупроводниковая техника и ее применение в народном хозяйстве: Тех докл. Всесоюз. науч.-тех. конф. - Миасс, 1989. -С. 83.

4. Разработка принципов построения нового поколения электротехнических установок для- стабилизации и регулирования параметров качества электроэнергии: Рукоп. отчет по НИР I НИПИ; УДК 621.314.222.6: 521.316.761.2: 621.382.233 № ГР 01920007661. - Нижний Новгород, 1990. -94с.

5. Туманов И.М., Вагапов Ю.Ф., Евстигнеева Т.А., Севастьянов В.В Высоковольтный тиристорный ключ. - в сб.: Электрооборудование промышленных установок. - Нижний Новгород, 1990. - С. 20-23.

6. Туманоз И.М., Вагапов Ю.Ф., Плехов H.C., Гуляев B.H. Система управления высоковольтным тиристсрным ключом. - в сб.: Электрооборудование -ссмышленных установок. - Нижний Новгород, 19Э1. -С. 66-70.

7. Туманов И.М., Вагзпсз Ю.Ф., Плехоз Н.С. Высоковольтный тиристор-' <ый ключ для регулирования параметров злектрическо.; энергии /.' Лоделирозгние и "контроль качества з задачах обеспечения надежности

I?

радиоэлектронных устройств: Тез. докл. международ, науч.-тех. семинаре. - Ша-улкй, 1932. - С. 50.

8. Установки для повышения качества электроэнергии / Туманов И.М., Симаное C.B., Гребенщиков В.И.. Севастьянов Б.В, Вагапов Ю.Ф. // Тр. ин-та / Московский энергетический ин-тут -1992. - Вып. 641,- С. 117-14-3.

9. Туманов И.М., Вагапов Ю.Ф., Плехов Н.С., Щетинин О.В. Определение критериев подбора тиристоров для высоковольтного ключа. - в сб.: Электрооборудование промышленных установок. - Нижний Новгород, 1932. - С.131-136.

10. Туманов И.М., Вагапов Ю.Ф., Плехов Н.С. Высоковольтный тиристор-ный ключ для регулирования параметров электрической энергии // Актуальные проблемы электроэнергетики: Тез. докл. науч.-тех. конф. - Нижний Новгород. 1993. - С. 27.

11. Вагапов Ю.Ф., Асабин A.A.. Симанов C.B. Работа тиристорного ключа при перегрузках по напряжению // В сб.: Электрооборудование промышленных установок. - Нижний Новгород, 1994. - С. 7-11.

12. Вагапов Ю.Ф. Опгико-элеетронные системы управления в бесконтакт- -ных коммутирующих устройствах // Актуальные проблемы электроэнергетики: Тез. докл. науч -тех. конср. / НГТУ - Нижний Новгород. 1994. - С. 31-32.

13. Tumanov I.M . Vagapov Yu. F. High voltage semiconductor switch device // "Aftemative current electrical drives" The Tenth Scientific-Technical Conference / Urals State Technical University - Ekatennburg, 1995. - p. 75-77.

личный ВКЛАД АВТОРА В работах, написанных в соавторстве, автору принадлежит: методический подход, исследовательская часть /6,7,9,10,11/, новые схемные решения /1,3,4,5,8,12/, новое конструкторское решение I2J.