Параллельная работа выпрямительных агрегатов с различным числом пульсов выпрямленного напряжения

В ОАО РЖД проводится работа по усилению системы электроснабжения тяги поездов на постоянном токе. Так, например, на Самарском отделении Куйбышевской железной дороги на тяговых подстанциях «Толкай» и «Дружба» установлены новые выпрямительные агрегаты ТПЕД-3150-3,3 (двенадцатипульсовые) в дополнение к существующим агрегатам ПВЭ-5 (шестипульсовым).

Выпрямительные агрегаты подключаются к сборным шинам ТП (рис. 6.3). Такая схема позволяет ввести в работу любой агрегат по отдельности или оба вместе. Параллельная работа выпрямительных агрегатов необходима для увеличения тока, отдаваемого тяговой подстанцией в контактную сеть [1].

Рис. 6.3. Упрощённая однолинейная схема ТП с двумя выпрямительными агрегатами

Однако при параллельной работе двух выпрямительных агрегатов следует соблюдать следующие условия:

1. Выходное (среднее) напряжение выпрямительных агрегатов должно быть одинаково. Если выходные напряжения не будут равны, то всю нагрузку возьмёт на себя выпрямитель с более высоким выходным напряжением.

2. Мощность выпрямительных агрегатов не должна сильно отличаться. С ростом тока нагрузки выходное напряжение выпрямителя снижается из-за коммутации вентильных токов. У агрегата с меньшей мощностью снижение напряжения будет сильнее, в результате его ток уменьшится, а более мощный агрегат будет работать с перегрузкой.

3. Схемы выпрямительных агрегатов должны давать одинаковое число пульсов выпрямленного напряжения. Различное число пульсаций приведёт к появлению уравнительных токов.

Для пояснения процесса появления уравнительных токов рассмотрим временные диаграммы работы шести и двенадцати пульсовых выпрямителей (рис. 6.4).

Из графиков выпрямленного напряжения видно, что при равенстве выходных напряжений U _d мгновенные значения напряжения u _d шести и двенадцати пульсовых выпрямителей отличаются. Чтобы количественно оценить разницу мгновенных напряжений, рассмотрим их увеличенное изображение (рис. 6.5).

В момент времени, когда амплитуда пульсации шести пульсового выпрямителя максимальна, а амплитуда пульсации двенадцати пульсового выпрямителя минимальна, разность мгновенных значений напряжений составляет +Du_d1 и уравнительный ток протекает из шести пульсового выпрямителя в двенадцати пульсовый.

В момент времени, когда амплитуда пульсации и шести пульсового и двенадцати пульсового выпрямителей минимальна, разность мгновенных значений напряжений составляет -Du_d2, и уравнительный ток протекает из двенадцати пульсового выпрямителя

в шести пульсовый.

Рис. 6.4. Временные диаграммы работы шести и двенадцати пульсовых выпрямителей

Рис. 6.5. Увеличенное изображение мгновенных значений напряжений

шести и двенадцати пульсовых выпрямителей

Следовательно, уравнительный ток, вызванный разностью мгновенных значений напряжений, будет переменным. Следует заметить, что сборные шины находятся в схеме до сглаживающего реактора, поэтому пульсации выходных напряжений выпрямителей на сборных шинах не будут сглажены.

Величину уравнительного тока можно определить по формуле:

, (6.5)

где D u _d - разность мгновенных значений напряжений;

z – общее сопротивление фаз вторичных обмоток трансформаторов выпрямительных агрегатов при параллельной работе.

Для выпрямительных агрегатов амплитуда пульсаций выпрямленного напряжения определяется по формуле [9]:

, (6.6)

где U _d0 – напряжение холостого хода выпрямителя (U _d0 = 3500 В);

w_d – коэффициент полной волнистости (w_d6 = 0,042; w_d12 = 0,0103).

Для шести пульсового выпрямителя

В;

для двенадцати пульсового выпрямителя

В.

Тогда В,

В.

Для определения величины общего сопротивления фаз вторичных обмоток трансформаторов шести и двенадцати пульсового выпрямителей составим эквивалентную схему (рис. 6.6).

Рис. 6.6. Эквивалентная схема для определения величины общего сопротивления фаз

вторичных обмоток трансформаторов

Индуктивное и активное сопротивления вторичной обмотки трансформатора можно определить по формулам:

; ; (6.7)

где U _2ф – фазное напряжение вторичной обмотки трансформатора;

u _кт – напряжение короткого замыкания трансформатора;

S _1Н – номинальная мощность трансформатора;

D Р _м – потери в меди обмоток, DР_м = 0,006× S _1Н.

Результаты расчёта индуктивных и активных сопротивлений вторичных обмоток при S _1Н= 12500 кВА и u _кт = 7% приведены в табл. 1.

Таблица 1