А. В. Григорьев, Η. М. Честнова, Ю. А. Чубанова
Одним из важных элементов, входящих в состав емкостного накопителя, является управляемый коммутатор, от которого во многом зависят надежность работы накопителя, выбор его схемы и компоновка. Использование тиристоров для этой цели представляется весьма перспективным благодаря целому ряду преимуществ по сравнению с другими видами коммутаторов. К этим преимуществам следует отнести малые габариты, простоту и широкий диапазон управления, большой срок службы. Особое значение приобретает применение тиристоров в тех случаях, когда в разрядной цепи накопителя (при колебательном процессе разряда) требуется использовать только первый период рабочего тока.
Испытания проводились на высоковольтной установке с номинальным напряжением Uo = 5 кВ и запасаемой энергией Wo — 720 кДж. Батарея состоит из двух секций, содержащих по 12 типовых блоков, каждый из которых коммутируется своим тиристорным ключом. Достоинством подобного выполнения накопителя является возможность создания накопителей любого уровня энергии простым увеличением числа блоков.·
Принципиальная электрическая схема установки представлена на рис. 1. Здесь ЗУ — зарядное устройство, от которого заряжаются конденсаторы всех 24 блоков (через зарядные сопротивления и развязывающие диоды, установленные в соответствующих блоках); К1 и К2 — промежуточные кабельные коллекторы соответствующих секций; КЗ и 3 —замыкатели безопасности конденсаторных блоков, замыкатель З снабжен сопротивлением, ограничивающим ток разряда конденсаторов; СУ — схема формирования импульсов управления тиристорными коммутаторами; И — индикатор наличия зарядного напряжения на блоках; Н — нагрузка.
Рис. 1. Принципиальная электрическая схема модуля накопителя
Типовой блок представляет собой автономный накопитель, содержащий батарею конденсаторов, коммутатор, элементы защиты, управления и сигнализации (см. рис. 1). Он имеет 12 конденсаторов типа ИС-5-200; тиристорный коммутатор ТК, состоящий из шести последовательно соединенных тиристоров типа Т-320; диоды Д1 и Д2, первый из которых предназначен для снятия заряда обратного знака, возникающего после перезарядки батареи, а второй— для исключения возможности разряда блоков по зарядной цепи при пробое одного из блоков; R2, R3 — омический делитель для измерения напряжения и сигнализации о наличии напряжения на блоке в режиме заряда.
Рис. 2. Эквивалентная схема замещения модуля
На рис. 2 приведена схема замещения установки Л5: C1= С2 = 2,88-10-2 Ф; Lc1 = Lc2 = 0,35 мкГн — индуктивность секции; Lк1 = Lк2 = 0,06 мкГн —индуктивность кабелей, соединяющих накопитель с нагрузкой; Rк1 = Rk2 = 1,4 мОм; Lн и Rи — индуктивность и активное сопротивление нагрузки.
Перед установкой тиристоров в тиристорный коммутатор была осуществлена их отбраковка, которая проводилась при напряжении U = 1,2 кВ. Тиристоры с током утечки выше 1 мА в прямом и обратном направлениях считались непригодными для эксплуатации. Таких тиристоров оказалось около 1/3 общего количества. Исправными тиристорами были укомплектованы тиристорные коммутаторы.
Рабочее напряжение U0 на установке Л5 менялось от 2 до 4,5 кВ. Испытания показали, что отобранные к установке тиристоры исправны.
Наиболее неблагоприятным режимом с точки зрения работы тиристоров является режим, при котором в момент подачи управляющего импульса на тиристорный коммутатор происходит короткое замыкание на сборных шинах. Поэтому необходимо обеспечить защиту тиристорных коммутаторов от токов короткого замыкания, и скорости нарастания тока в цепи (di/dt) в режиме короткого замыкания. В установке Л5 такая защита предусмотрена. Защитный контур установлен в каждый блок батареи и представляет собой последовательное соединение между собой и включенных последовательно с тиристорным
коммутатором в разрядную цепь. Такое схемное решение могло привести к снижению коэффициента, использования. Чтобы этого не произошло, необходимо было правильно выбрать его параметры. Для этого на одном блоке накопителя в режиме короткого замыкания исследовалась динамическая стойкость тиристоров к перегрузкам. Амплитудное значение тока определялось активным сопротивлением контура, a di/dt — его индуктивностью. Испытания показали, что для тиристоров типа Т-320 допустимое значение тока составляет 12 кА при скорости нарастания 200 А/мкс и длительности импульса τв = 1 мс.
Для проверки достоверности выбранных значений на всех блоках модуля было проведено 10 аварийных включений с указанными выше параметрами тока. При этом три тиристора пробились после восьми разрядов и семь тиристоров после 10 разрядов.
В результате проведенных испытаний было установлено, что в аварийных режимах допустимые значения di/dt для тиристоров выбранного типа в три раза превышают паспортные данные (это позволило соответственно в три раза уменьшить величину защитной индуктивности), а величина активного сопротивления выбрана такой, чтобы она ограничивала ток в режиме короткого замыкания до 12 кА (что совпадает с паспортными данными ). Параметры защитного контура следующие: защитное активное сопротивление 0,2 Ом, защитная индуктивность 25 мкГн. На накопителе проводились испытания защитного контура в режимах, близких к аварийным, которые подтвердили правильность выбранных параметров.
После окончания наладочных работ на накопителе были проведены работы по испытанию магнитных систем в рабочем режиме: батарея заряжалась в течение трех минут до напряжения U0 = 4,5 кВ, затем производился разряд на нагрузку Lн= (70...700) мкГн. Было сделано 100 разрядов. Батарея работала надежно. Кроме того, проводятся испытания схем защитных устройств, контактов, аппаратов.
ВЫВОДЫ
- Высоковольтные установки с использованием тиристоров, состоящие из типовых блоков, удобны в эксплуатации.
- Для надежной работы подобных высоковольтных установок необходимо обеспечить защиту тиристорных коммутаторов от токов короткого замыкания.
- Защитное устройство следует выбирать на основе динамических характеристик тиристоров.
