устройство для защиты от повреждения электропередачи переменно-постоянного тока тепловоза

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОТ ПОВРЕЖДЕНИЯ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ ПЕРЕМЕННО-ПОСТОЯННОГО ТОКА ТЕПЛОВОЗА, состоящей из синхронного генератора с двумя соединенными в звезду трехфазными обмотками и двух трехфазных мостовых выпрямителей, которые имеют общие выводы выпрямленного напряжения для подключения тяговых электродвигателей, содержащее два блока выделения модулей переменного напряжения, подключенных своими входами один непосредственно, а второй - через трансформатор к нулевым точкам звезд трехфазных обмоток синхронного генератора, и подключенный к выходам этих блоков блок выделения разности переменных напряжений, отличающееся тем, что оно снабжено измерителем тока, дополнительными регулируемым и нерегулируемым резисторами, дополнительным однофазным мостовым выпрямителем и двумя блоками переключения, один из которых подключен к точкам соединения обмоток синхронного генератора и трехфазных мостовых выпрямителей, второй блок - к их общим выводам, к этим же выводам подключен дополнительный нерегулируемый резистор, свободные выводы обоих блоков переключения подключены к входу дополнительного однофазного мостового выпрямителя, выход которого соединен с цепью, образованной из последовательно соединенных измерителя тока и дополнительного регулируемого резистора.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к преобразовательной технике, в частности к устройствам для защиты от повреждения силовых выпрямительных преобразователей при пробое их диодов и для контроля технического состояния диодов и их изолирующих конструкций непосредственно в схеме преобразователя.

Основной областью применения изобретения является тепловозная электропередача переменно-постоянного тока, имеющая два трехфазных мостовых выпрямителя, которые соединены между собой параллельно, питают тяговые электродвигатели и подключены своими входами к двум соединенным в звезду трехфазным обмоткам синхронного генератора.

В таких электропередачах известное устройство [1] обеспечивает их защиту от повреждения при сквозных перекрытии изоляции или пробоях диодов плеча выпрямителя. Известная защита не позволяет электропередачи тепловозов оборудовать встроенными устройствами контроля диодов и их изолирующих конструкций, выполняемых непосредственно в схеме электропередачи без использования дополнительных технических средств (измерительные устройства, источники испытательного напряжения). Целесообразность использования таких встроенных устройств контроля вытекает из специфики защищаемого объекта, которая сводится к следующему: компактность, трудный доступ к силовым кабелям, неудобство их отсоединения при испытаниях, большое количество параллельных диодов (до 15) и небольшое количество последовательных диодов (не более 2), тяжелые последствия от пробоя диодов и перекрытия изолирующих конструкций, интенсивное загрязнение поверхностей диодов и изолирующих конструкций.

Тяжесть последствий от пробоя или перекрытия изоляции вызвана тем, что даже при использовании быстродействующей защиты (датчика) напряжение с поврежденной электропередачи снимается длительное время (до 1 с), так как после снятия возбуждения с синхронного генератора его напряжение спадает медленно (вследствие инерционности электромагнитных процессов в его магнитной системе) и, как правило, не устанавливаются коммутирующие аппараты в цепях, соединяющих генератор с выпрямителями.

Интенсивное загрязнение изоляции происходит из-за того, что воздух, охлаждающий электропередачу, проходит через пространство с машинным маслом и захватывает его пары. Эти пары оседают на изолирующих поверхностях в шкафу выпрямителя, которые в результате этого покрываются частицами электропроводящего вещества. В результате этого ухудшаются изолирующие свойства этих поверхностей и происходит пробой изоляции в шкафу выпрямительной установки.

Наличие встроенных средств контроля позволяет значительно сократить количества перекрытий изоляции и пробоев диодов. Известное устройство имеет ограниченные функциональные возможности, и поэтому не может быть использовано в качестве встроенного средства контроля технического состояния диодов и изолирующих конструкций.

Предлагаемое устройство, содержащее два блока выделения модуля переменного напряжения, один из которых подключен непосредственно, а другой через трансформатор - к нулевым точкам звезд трехфазных обмоток синхронного генератора, и подключенный к выходам этих блоков блок выделения разности переменных напряжений, дополняют измерителем тока, регулируемыми и нерегулируемым резисторами, однофазным мостовым выпрямителем и двумя блоками переключения. В результате устройство может быть использовано для контроля технического состояния диодов и изолирующих конструкций электропередачи.

На чертеже показаны схемы устройства защиты и защищаемой им электропередачи.

Электропередача состоит из двух соединенных в звезду трехфазных обмоток 1 синхронного генератора и двух трехфазных мостовых выпрямителей 2, соединенных параллельно своими выводами выпрямленного напряжения. Каждый выпрямитель 2 питается трехфазным переменным напряжением от одной звезды трехфазных обмоток. Нагрузкой выпрямителей 2 являются тяговые электродвигатели тепловоза, подключенные между положительными и отрицательными выводами выпрямителей 2.

Устройство защиты содержит два однофазных мостовых выпрямителя 3 и 4, сглаживающие фильтры 5 и 6, резисторы 7 и 8, реле напряжения с катушкой 9 и трансформатор 10 напряжения. Сглаживающие фильтры 5 и 6 имеют соответственно конденсаторы 11 и 12, дроссели 13 и 14.

Последовательно включенные мостовой выпрямитель 3, сглаживающий фильтр 5 образуют функциональный блок 15 выделения модуля переменного напряжения. Выводы сглаживающего фильтра 5 являются выходом блока 15. Выводы переменного напряжения выпрямителя 3 образуют вход блока 15, подключаемый непосредственно к нулевым точкам звезд трехфазных обмоток 1.

Вторичная обмотка трансформатора 10 напряжения, выпрямитель 4 и сглаживающий фильтр 6 образуют функциональный блок 16 выделения модуля переменного напряжения. Входом блока 16 является первичная обмотка трансформатора 10, которая предназначена для подключения между нулевыми точками трехфазных звезд обмоток 1. Выводы фильтра 6 образуют выход блока 16.

Резисторы 7 и 8 образуют функциональный блок 17 выделения разности переменных напряжений, который подключен к выходам блоков 15 и 16. К выходам блоков 15-17 подключена катушка 9 реле напряжения, выполняющая в схеме устройства защиты функции порогового элемента. Контакты этого реле не показаны на схеме и включены в цепь управления контактором, подающим ток в обмотку возбуждения синхронного генератора.

Цепь, образованная из измерителя тока 18 (милли, -микроамперметр) и дополнительного регулируемого резистора 19, подключена к выходу дополнительного однофазного мостового выпрямителя 20. Выводы переменного напряжения (вход) выпрямителя 20 подключены через блоки переключения 21 и 22 к точкам соединения обмоток 1 синхронного генератора и выпрямителей 2 защищаемой электропередачи и к их общим выводам выпрямленного напряжения. К этим же выводам подключен дополнительный нерегулируемый резистор 23.

Блоки 21 и 22 состоят соответственно из двух и шести коммутирующих элементов, которые имеют дистанционное управление и рассчитанное на рабочее напряжение (400-800 В) исполнение. В качестве таких элементов могут быть применены герконы. Регулируемый резистор 19 оборудован изолирующим элементом (штангой) для перемещения его подвижного контакта при наличии напряжения на оборудовании выпрямителей 2.

Работа устройства защиты осуществляется в такой последовательности.

В нормальном рабочем режиме защищаемая электропередача выпрямляет ток для питания тяговых электродвигателей тепловоза. В таком режиме между нулевыми точками звезд трехфазных обмоток 1 действует переменное напряжение, которое формируется из симметричных участков синусоид и поэтому не имеет постоянной составляющей. Наличие такого переменного напряжения обусловлено сдвигом по фазе между системами напряжений соединенных в звезду трехфазных обмоток 1, который для синхронных генераторов тепловозов составляет 30 эл. град.

Функциональные блоки 15 и 16 защиты формируют модули переменного напряжения, действующего между нулевыми точками звезд трехфазных обмоток 1. При соответствующем выборе коэффициента трансформации трансформатора напряжения 10 и параметров блоков 15-17 напряжения на выходе блоков 15 и 16 имеют одинаковую величину, поэтому на выходе блока 17 напряжение отсутствует, в цепи катушки 9 реле напряжения ток не протекает и это реле не возбуждено.

В аварийном режиме электропередачи, сопровождающемся сквозным пробоем диодов или перекрытием изоляции плеч выпрямителей 2, нарушается симметрия участков синусоид, из которых формируется напряжение между нулевыми точками звезд обмоток 1. После этого в напряжении, которое действует между этими точками и прикладывается ко входам блоков 15 и 16, присутствует переменная и постоянная составляющие.

Подключенный непосредственно к нулевым точкам звезд обмоток 1 блок 15 выделяет модуль переменной и постоянной составляющей напряжения между этими точками схемы электропередачи. Так как постоянная составляющая этого напряжения не передается во вторичную обмотку трансформатора напряжения 10, то блок 16 выделяет модуль только переменной составляющей напряжения между нулевыми точками звезд обмоток 1.

В результате этого на выходе блоков 15 и 16 появляются напряжения разной величины. Блок 17 выделяет разность этих напряжений, которая прикладывается к катушке 9 реле напряжения. Это реле срабатывает и меняет положение своих контактов в цепи управления контактором, который после срабатывания реле прерывает ток возбуждения синхронного генератора. После этого напряжение обмоток 1 синхронного генератора спадает к нулю, прекращается аварийный ток в обмотках 1 и в диодах выпрямителей 2 и снимается напряжение с катушки 9 реле напряжения. Это реле отпадает, меняет положение своих контактов и после этого защита переходит в исходное состояние и готова к повторному срабатыванию.

В нормальном рабочем и аварийном режимах, которые описаны, контакты коммутирующих элементов блоков 21 и 22 разомкнуты, в цепи резистора 19 и измерителя 18 ток не протекает. Под действием выпрямленного напряжения защищаемой электропередачи в цепи резистора 23 протекает небольшой (сотые доли ампера) ток.

Контроль технического состояния диодов и изолирующих конструкций выпрямителей 2 выполняют в следующей последовательности.

При помощи поездных контакторов (на чертеже не показаны) отключают тяговые электродвигатели тепловоза от выпрямителей 2. Устанавливают подвижный контакт резистора 19 в такое положение, в котором он имеет максимальное сопротивление. При помощи устройств управления коммутирующими элементами блоков 21 и 22 замыкают в каждом из них по одному контакту. После этого параллельно контролируемому плечу одного из выпрямителей 2 подключается диагностическая цепь, которая образована из измерителя 18, регулируемого резистора 19 и моста 20, шунтирует сопротивление изоляции между анодом и катодом и обратное сопротивление диодов контролируемого плеча и обеспечивает измерение тока, характеризующего техническое состояние изоляции и диодов контролируемого плеча.

Далее при помощи контроллера машиниста повышают напряжение обмоток 1 синхронного генератора тепловоза до значения, равного максимальному рабочему напряжению. Если для проведения контроля требуется большая величина испытательного напряжения, то напряжение обмоток 1 синхронного генератора может быть увеличено до величины, превышающей максимальное рабочее напряжение, путем форсировки тока возбуждения синхронного генератора.

При наличии напряжения на обмотках 1 в определенные промежутки времени к диодам выпрямителей 2 прикладывается обратное напряжение и по этим диодам протекает прямой ток, величина которого ограничена сопротивлением резистора 23. Обратное напряжение диодов действует и на изолирующие конструкции выпрямителей 2 и прикладывается к диагностической цепи. Полярность напряжения, которое прикладывается к этой цепи, зависит от того, какие контакты замкнуты в блоках 21 и 22. Например, при замкнутых левых (правых) контактах блоков 21 и 22 контролируемым плечом является левое (правое) нижнее плечо левого (правого) выпрямителя 2. При разной полярности (показана на схеме) напряжения контролируемых плеч по отношению к диагностической цепи благодаря включению в нее выпрямителя 20 в цепи измерителя 18 протекает однополярный ток и он измеряет его среднее значение.

При поданном от обмоток 1 синхронного генератора в схему выпрямителей 2 напряжении, которое имеет требуемую для контроля величину, уменьшают сопротивление резистора 19. При этом показания измерителя 18 увеличиваются и токи блоков 15 и 16 протекают по обмоткам 1, имеющим наибольшее напряжение, диодам выпрямителей 2, проводящим прямой ток, и накладываются на ток резистора 23. Так как ток резистора 23 больше результирующего тока блоков 15 и 16, то процесс наложения этих токов сопровождается увеличением пульсаций тока резистора 23 и этот ток сохраняет непрерывный характер.

В рассматриваемом режиме контроля напряжение между нулевыми токами звезд обмоток 1 имеет переменную и постоянную составляющие. Поэтому блоки 15-17 работают в такой же последовательности, как и в аварийном режиме, который описан, и к катушке 9 реле напряжения прикладывается напряжение. Это напряжение увеличивается по мере уменьшения сопротивления резистора 19 и достигает напряжения срабатывания реле. Реле срабатывает, прекращается ток возбуждения синхронного генератора и напряжение его обмоток 1 уменьшается до нуля.

Величина тока, измеренная измерителем 18 в момент, предшествующий срабатыванию реле напряжения, характеризует техническое состояние диодов и изолирующих конструкций. Это объясняется тем, что для функциональных блоков 15-17, реагирующих на изменение технического состояния изолирующих конструкций и диодов выпрямителей 2, выполняемое в процессе контроля регулирование сопротивления резистора 19 эквивалентно изменениям сопротивления изоляции конструкций и обратного сопротивления диодов. Поэтому если реле напряжения срабатывает при большом (небольшом) токе в цепи резистора 19, то это свидетельствует о том, что контролируемое плечо имеет диоды и изолирующие конструкции с хорошим (плохим) техническим состоянием.

На этом контроль технического состояния одного плеча выпрямителей заканчивается. После этого, разомкнув одни контакты и замкнув другие определенные контакты в блоках 21 и 22, подключают диагностическую цепь к следующему плечу выпрямителей и выполняют контроль технического состояния этого плеча в описанной последовательности.