Глава третья
СОБСТВЕННЫЕ НУЖДЫ ВЕНТИЛЬНЫХ ВОЗБУДИТЕЛЕЙ
ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЕ ЗАМЕЧАНИЯ
Надежность работы вентильного возбудителя в значительной мере определяется функционированием целого ряда вспомогательных устройств и систем, обеспечивающих автоматическое поддержание оптимального уровня эксплуатационных условий преобразовательной установки. Подобного рода вспомогательные устройства и системы получили название собственных нужд вентильных возбудителей. Необходимо выделить два важнейших элемента обеспечения нормальной работы преобразовательной установки:
систему охлаждения вентилей;
систему поддержания вакуума (для некоторых типов ионных вентилей).
Система охлаждения вентилей строится по принципу автоматической стабилизации температуры рабочей области.
Необходимость стабилизации температуры определяется, с одной стороны, тем, что характеристики всех вентилей обладают значительной температурной зависимостью, а с другой, тем, что переменный режим нагрузки вентильных возбудителей приводит к изменению в широком диапазоне количества тепловой энергии, выделяемой в рабочей области вентилей. Требования, предъявляемые к системе охлаждения, и конструктивное исполнение зависят от типа преобразователя, условий работы и типа используемых в нем вентилей.
Система поддержания вакуума строится по принципу автоматической стабилизации определенного уровня давления (степени разрежения) в междуанодном пространстве ионных вентилей. Такая необходимость возникает, например, при эксплуатации ионных преобразователей с ртутными вентилями разборного типа.
Ниже приводятся описания систем охлаждения и поддержания вакуума вентильных возбудителей.
СИСТЕМЫ ОХЛАЖДЕНИЯ РТУТНЫХ ВЕНТИЛЕЙ
Изменение нагрузки ртутных вентилей приводит к изменению количества выделяемой в них тепловой энергии. Это вызывает изменения температуры выпрямителя, в то время как диапазон оптимальных ее значений является относительно узким (здесь и ниже цифры даются по измерениям температуры охлаждающей воды на выходе из ртутных вентилей) и лежит в пределах 39—45 °С. С повышением температуры давление внутри вентиля возрастает, что облегчает условия ионизации паров ртути электронами, вылетающими из катода (и из анода в непроводящий период).
Это приводит к самопроизвольным наборам нагрузки вследствие дрейфа характеристики зажигания и к повышению вероятности обратных зажиганий в непроводящий период вследствие уменьшения скорости деионизации межэлектродного промежутка. Фактически аварийно допустимый верхний предел температуры для большинства ртутных вентилей составляет 50—55 °С.
Снижение температуры ведет к снижению внутреннего давления и ухудшению условий зажигания и горения дуги. Для большинства ртутных вентилей допустимая нижняя граница температуры корпуса составляет 30—32 °С. При охлаждении вентилей ниже допустимого предела возникает обрыв дуги, который сопровождается большими перенапряжениями, приводящими к серьезным авариям с разрушениями ртутных вентилей и пробоями изоляции ротора генератора.
Таким образом, как показывает опыт эксплуатации, аварийно допустимые границы температур корпуса ртутного вентиля лишь незначительно отличаются от их оптимального значения.
Поэтому при эксплуатации ртутных вентилей возникает необходимость не просто обеспечивать некоторый постоянный режим их охлаждения, но иметь возможность автоматического регулирования режима охлаждения для поддержания температуры вентилей в оптимальном диапазоне при изменяющихся условиях их нагрузки.
Это требование обеспечивается специальной системой охлаждения ртутных вентилей. Конкретное исполнение системы охлаждения в зависимости от индивидуальных условий может варьироваться в зависимости от типа используемой аппаратуры, сложности и протяженности трасс, степени насыщенности автоматическими элементами и т. п. Однако основные принципы системы охлаждения ртутных вентилей сохраняются неизменными.
Для охлаждения ртутных вентилей ионного возбудителя используется система типа «вода — вода». Она имеет два контура, циркуляции охлаждающей воды: замкнутый и разомкнутый. Охлаждение вентилей принудительное. Принудительная циркуляция производится при помощи циркуляционных насосов. Как правило, используются два циркуляционных насоса: рабочий и резервный. Дистиллированная вода замкнутого контура
охлаждается технической водой разомкнутого контура в камерах теплообменника, причем в различных системах используются либо один, либо два (один резервный) теплообменника.
Для ионных возбудителей применяется система водяного охлаждения вентилей с автоматическим регулированием температуры охлаждающей воды замкнутого контура. В качестве примера рассмотрим систему охлаждения, изображенную на рис. 27.
Циркуляционный насос 1 нагнетает дистиллированную воду в охлаждающие «рубашки» ртутных вентилей 8 под давлением 3-105 Па, после чего она поступает в теплообменник 12, охлаждается там технической водой разомкнутого контура и через нагреватель теплообменника 19 снова поступает в насос 1, который постоянно включен в работу. Нагреватель 19 включается и отключается автоматически при помощи электроконтактного термосигнализатора 6, установленного на напорном трубопроводе 28. Термосигнализатор 7, установленный в той же точке, обеспечивает блокировку пуска ионного возбудителя при аварийно низкой температуре охлаждающей воды, а также сигнализацию повышения температуры сверх оптимальных значений.
Термосигнализатор 9 обеспечивает контроль температуры на сливе после ртутных вентилей и формирует сигнал на отключение генератора при ее аварийно высоких значениях.
Терморегулятор 15 с чувствительным элементом 4 путем воздействия на специальный клапан 16 регулирует подачу в теплообменник технической воды по отклонению от оптимальных значений температуры дистиллированной воды в напорном трубопроводе.
Наличие циркуляции контролируется струйным реле 11, которое обеспечивает:
блокировку пуска агрегата;
блокировку включения теплообменника;
отключение агрегата.
Последняя операция выполняется при совпадении двух явлений: отсутствие циркуляции и снижение уровня воды в подпиточном баке 21 ниже допустимых значений, что контролируется поплавковым реле 22.
Рис. 27. Схема системы охлаждения ртутных вентилей ионного возбудителя.
1— циркуляционный насос; 2 — манометр; 3 —обратный клапан; 4 — чувствительный элемент (датчик) терморегулятора; 5 — ручной запорный вентиль; 6, 7, 9 — термосигнализаторы; 8 — ртутные вентили рабочей и форсировочной групп; 10 — ручной вентиль на входе в теплообменник; 11 — струйное реле; 12—теплообменник; 13— ручной вентиль на выходе теплообменника и входе нагревателя; 14 — ручной вентиль байпаса нагревателя теплообменника; 15 — терморегулятор; 16 — регулирующий клапан терморегулятора; 17— ручной вентиль регулирующего клапана; 18 — ручной вентиль байпаса регулирующего клапана терморегулятора; 19 — нагреватель теплообменника; 20 — манометр; 21 — подпиточный бак дистиллированной воды; 22 — поплавковое реле; 23 — ручной вентиль подачи конденсата; 24, 25 — ручные вентили системы техводоснабжения; 26 — двигатель циркуляционного насоса; 27 — ручной вентиль на дренажном сливе; 28 — напорный трубопровод.
Помимо охлаждения самих ртутных вентилей возникает необходимость охлаждения вакуумных кранов во избежание затягивания паров ртути в вакуумные калачи и вакуумную трубу. Кроме того, необходимо охлаждение ртутных насосов для предотвращения перегорания их нагревателей и обеспечения конденсации ртути, без чего невозможна работа диффузионного ртутного насоса.
Рис. 28. Схема системы охлаждения ртутных насосов и вакуумных кранов.
1 — ртутные вентили; 2 — вакуумные краны ртутных вентилей; 3 —вакуумная труба; 4 — ртутный насос; 5, 6 — струйные реле.
Охлаждение указанных элементов выполняется (рис. 28) технической водой. Вода подается под давлением 2-10 Па по разомкнутому контуру. Наличие водотока контролируется струйными реле.
