Стабилизация напряжения подстанции со стороны вторичной обмотки трехфазного трансформатора

Использование вольтодобавочных устройств полупроводниковых преобразователей

Преобразователь выпрямительный

для электрифицированного трансформатора регулируемый (ПВЭР)

Одним из способов усиления участков электрифицированного железнодорожного транспорта является установка вольтодобавочных устройств на тяговых подстанциях постоянного тока. К таким техническим средствам относится преобразователь выпрямительный для электрифицированного транспорта регулируемый (ПВЭР). Преобразователь состоит из регулируемой и нерегулируемой частей. Нерегулируемая часть выполнена по схеме «две обратные звезды с уравнительным реактором». Регулируемая часть выполнена по схеме Ларионова. Питание осуществляется от трансформатора типа ТМП-3200/10. Номинальное напряжение преобразователя составляет 600 В, номинальный выпрямленный ток — 3,0 кА.

Управление преобразователем — амплитудно-фазное [18]. Регулирование напряжением осуществляется подачей на управляемые электроды тиристоров импульсных сигналов с равным сдвигом по фазе на угол а [9].

Выходные характеристики агрегата ПВЭР приведены на рисунке 1.8.

Рис. 1.8. Выходные характеристики агрегата ПВЭР:

l_d — выпрямленный ток, U_d — выпрямленное напряжение,

• 1 — естественная неуправляемой части; 2 — в инверторном режиме регулируемой части; 3 — стабилизированная;
• 4, 5 — регулируемые; 6 — суммарная неуправляемой

и управляемой частей

Преимущества использования ПВЭР:

• 1. Вольтодобавочная часть, входящая в ПВЭР, позволяет не только регулировать (характеристика 4), но и стабилизировать (характеристика 3) напряжение на шинах тяговой подстанции.
• 2. Использование параллельно включенных шунтирующих диодов в схему регулируемой части ПВЭР позволяет обеспечить непрерывное протекание тягового тока при исчезновении сигналов управления на выходах тиристоров, следовательно, повышается надежность работы тяговой подстанции.

Недостатки использования ПВЭР:

• 1. Использование шунтирующих диодов в схеме ПВЭР повышает коэффициент мощности регулируемой части всего на 4 %.
• 2. Использование дополнительной регулируемой части в ПВЭР увеличивает его стоимость.

Преобразовательный агрегат с магнито-тиристорным регулятором выпрямленного напряжения (ВДУЛИИЖТа)

Устройство состоит из основного преобразователя и магнитотиристорного регулятора. Магнитотиристорный регулятор состоит из вольтодобавочного трансформатора (преобразовательный трансформатор типа ТМР-3200/35) и блока тиристоров. Первичная обмотка вольтодобавочного трансформатора (ВДТ) подключена к вторичной обмотке основного преобразовательного трансформатора, а также через группу тиристоров к его нулевому выводу. Концы вторичных обмоток ВДТ соединены с выпрямителем.

Тиристорами осуществляется амплитудно-фазное регулирование напряжения, питающее первичную обмотку ВДТ. В зависимости от угла регулирования тиристоров напряжение вторичных обмоток ВДТ изменяется в диапазоне Оч-бОО В [18]. Таким образом, диапазон регулирования фазного напряжения вторичной обмотки ВДТ составляет У₂ф 1»171/₂ф-

Недостатки агрегата:

• 1. Наличие встречно включенных тиристоров не обеспечивает постоянного поддержания магнитного равновесия в стержнях ВДТ, вследствие этого возникают перенапряжения, представляющие угрозу для работающих тиристоров и изоляции ВДТ.
• 2. Напряжение, формируемое на компенсационной обмотке, не способно обеспечить подъем напряжения па шинах питающей подстанции до требуемого уровня.
• 3. Включение ВДТ резко снижает коэффициент мощности всей системы в целом [9,18].

Выпрямительно-инверторный преобразователь (ВИП) с регулируемым напряжением

Используется для централизованного регулирования напряжения на электрифицированном участке. В состав входят: управляемые реакторы УР1-УР2 каждой фазы трехфазной питающей системы, ШАУНТ (шкаф автоматического управления напряжением на тиристорах), трансформатор

ТДП-16000/ЮЖ, выпрямительно-инверторный блок, измерительные трансформаторы, система управления, система датчиков гармонического состава выпрямленного напряжения и импульсный трансформатор.

Регулирование напряжения тяговой подстанции осуществляется путем изменения напряжения вторичной обмотки трансформатора за счет регулирования коэффициента трансформации управляемыми реакторами [9].

Достоинства ВИП'.

• 1. Регулирование выпрямленного напряжения в широком диапазоне, как в режиме выпрямления, так и в режиме инвертирования.
• 2. Переход из режима выпрямления (а также при стабилизации напряжения) в режим инвертирования осуществляется автоматически на основе данных об уровне напряжения в тяговой сети и гармонического состава выпрямленного напряжения.

Недостатки ВИП'.

• 1. В процессе стабилизации напряжения участвуют управляемые реакторы с подмагничиванием, снижающие коэффициент мощности ВИП.
• 2. Ступенчатое изменение напряжения на вторичной обмотке трансформатора приводит к возникновению опасных переходных процессов, протекающих в его первичной и вторичной обмотках, тем самым снижается надежность всей системы питания.

Вольтодобавочные устройства Московского института инженеров транспорта и Уральского электромеханического института инженеров железнодорожного транспорта

Схема ВДУ МИИТа содержит трансформатор, неуправляемый выпрямитель и управляемый выпрямитель с шунтирующими диодами и тиристорами (рисунок 1.9).

Рис. 1.9. Схема усилительного пункта с ВДУ МИИТа

Управляемый выпрямитель ВДУ подключается к контактной сети. Номинальное выпрямленное напряжение управляемого выпрямителя составляет 540 В, номинальный выпрямленный ток выпрямителя — 3 кА. Такая схема позволяет повысить напряжение в сети на 540 В [18].

Вольтодобавочное устройство УЭМИИТа, как и вольтодобавочное устройство МИИТа, содержи! преобразовательный трансформатор, кроме того здесь используется вольтодобавочный трансформатор и регулирующий орган (РО) — управляемый и неуправляемые реакторы (НР-УР). Устройство способно стабилизировать внешние характеристики в диапазоне от 3,5 до 3,8 кВ [ 18,19].

Использование сверхпроводниковых индуктивных накопителей энергии

Из [20] известна схема тяговой подстанции со сверхпроводниковым индуктивным накопителем энергии (СПИН) (см. рис. 1.10).

Холодная зона

Рис. 1.10. Схема тяговой подстанции постоянного тока со СПИН

В состав СПИН входят следующие компоненты: сверхпроводниковая катушка индуктивности (СКИ), обмотка которой выполнена из сверхпроводников второго рода (Nbl'i, Nh₃Sn, V₃Ga), сглаживающий фильтр (состоит из конденсатора Сф и реактора L_p), блок конденсаторов С, криотроны К1-К4, полупроводниковые управляемые ключи ПК1-ПК6, блок управления БУ, датчик тока ДТ, датчик направления тока ДНТ и датчик напряжения ДН. В СПИН криотроны К1-К4, полупроводниковые управляемые ключи ПК1-ПК6 и блок конденсаторов представляют собой блок сопряжения СКИ с системой тягового электроснабжения. Такой блок позволяет избежать прямого подключения СПИН к системе электроснабжения, не допуская увеличения токов / в обмотках двигателей и не вызывая аварийного перенапряжения в сети тягового электроснабжения [20].

В [21] отмечается, что при 25-кратном броске тока тягового фидера напряжение фидера снижается на 375 В. При среднесуточном токе (100 А) напряжение тягового фидера не падает ниже 3375 В. Номинальное значение напряжения тягового фидера составляет 3500 В [22].

Необходимость обеспечения криогенных температур, ограничения по скорости ввода и вывода энергии из СПИН, зависимость поведения сверхпроводящих обмоточных проводов от внешних условий (например, от внешних и собственных магнитных полей) пока делают использование СПИН весьма проблематичным.