Одним из основных видов электротехнологических установок на предприятиях цветной металлургии являются электролизные ванны. Они характеризуются значительным уровнем потребляемой электроэнергии и требуют наличие регулируемого преобразователя переменного тока в постоянный [1]. В связи, с чем актуальной является задача разработки и производства преобразователей с высокими энергетическими показателями [2, 3].
Традиционно преобразовательные агрегаты высокой мощности изготавливаются на основе масляного трансформатора и тиристорного выпрямительного блока, которые соединяются между собой силовой ошиновкой. В этом случае потери в соединительной ошиновке снижают общий КПД преобразовательного агрегата, и, для их снижения, стремятся расположить выпрямительный блок как можно ближе к силовому трансформатору.
Устранить данный недостаток, можно применив сухой трансформатор, на выводах вентильных обмоток которого размещен тиристорный выпрямительный блок. Это позволяет исключить потери в силовой ошиновке переменного тока, снизить массогабаритные показатели, повысить степень заводской готовности изделия. Поэтому в ОАО «РЭТК» с 2007 года начато производство тиристорных преобразовательных агрегатов, реализующих данное компоновочное решение.
В статье представлено описание тиристорного преобразовательного агрегата (АПТ) с номинальными выходными током 37,5 кА и напряжением 24 В.
Агрегат предназначен для преобразования переменного тока из сети с напряжением 6 кВ в постоянный ток, а также для регулирования выпрямленного тока в диапазоне от 0 до 37,5 кА. Помимо основного назначения, АПТ обладает расширенными функциональными возможностями:
- обеспечивает местное и дистанционное регулирование выпрямленного тока;
- содержит комплекс токовых и тепловых защит, входящих в него устройств, а также защиту от пропадания или недопустимого отклонения напряжения питания собственных нужд;
- диагностирует работу тиристоров выпрямителя;
- измеряет и показывает в цифровом виде основные параметры АПТ: выпрямленный ток и напряжение; ток сетевой обмотки трансформатора; температуры в обмотках трансформатора, на входе и выходе выпрямительного блока, внутри шкафа; величину сигнала задания на ток при дистанционном управлении;
- ведет архив сообщений аварийной и предупредительной сигнализации.
АПТ предназначен для эксплуатации в закрытых отапливаемых и вентилируемых производственных помещениях при соблюдении следующих условий:
- наибольшая высота над уровнем моря 1000 м (или нижнее рабочее значение атмосферного давления 86,6 кПа (650 мм рт. ст.);
- рабочая температура окружающего воздуха от +1 до +40°С;
- верхнее значение относительной влажности воздуха 80% при температуре +25°С;
- тип атмосферы — II (промышленная).
АПТ является стационарным устройством.
В таблице 1 приведены основные технические характеристики АПТ.
На рисунке 1 показана функциональная схема АПТ, который получает питание от системы шин СШ 6 кВ через высоковольтный выключатель ВВ. Нагрузкой АПТ служит группа электролизных ванн ЭВ1…ЭВn. Для реализации токовых защит и измерения тока, потребляемого из сети, на выходе ВВ установлены трансформаторы тока ТТ.
| № | Наименование параметра | Техн. данные |
|---|---|---|
| 1 | Номинальное входное напряжение трехфазной питающей сети частотой 50 Гц, кВ | 6 |
| 2 | Допустимое установившееся отклонение входного напряжения, %, не более | ± 10 |
| 3 | Номинальное выпрямленное напряжение, В | 24 |
| 4 | Номинальный выпрямленный ток, А | 37 500 |
| 5 | Режим работы | продолжительный |
| 6 | Диапазон регулирования выпрямленного тока, А | 0…37 500 |
| 7 | Допустимое установившееся отклонение выпрямленного тока, %, не более | ± 1 |
| 8 | КПД в номинальном режиме, не менее | 0,91 |
| 9 | Коэффициент мощности в диодном режиме, не менее | 0,9 |
| 10 | Охлаждение | водяное двухконтурное |
| 11 | Расход охлаждающей технической воды, м 3/ч | от 3,5 до 7,5 |
| 12 | Номинальное входное напряжение питания собственных нужд трехфазной сети частотой 50 Гц, В | 380 |
| 13 | Допустимое установившееся отклонение напряжения собственных нужд, %, не более | плюс 10, минус 15 |
| 14 | Мощность, потребляемая от источника питания собственных нужд, кВ?А, не более | 4 |
| 15 | Номинальное постоянное напряжение оперативных цепей управления, В | 220 |
| 16 | Допустимое длительное отклонение постоянного напряжения оперативных цепей управления, %, не более | ± 2 |
АПТ состоит из:
- тиристорного преобразователя с водяным охлаждением ПТВ;
- устройства управления УУ;
- теплообменного агрегата АТО;
- двух датчиков постоянного тока ДПТ1 и ДПТ2.
Силовым элементом является ПТВ. Он построен по схеме «звезда — обратная звезда с уравнительным реактором» и содержит следующие узлы:
- сухой преобразовательный трансформатор Т;
- три шестипульсных тиристорных выпрямителя БВ, работающие параллельно на общую шину постоянного тока;
- общий для трех выпрямителей уравнительный реактор Р;
- датчики температуры (термопреобразователи) ТП;
- датчики прямого и обратного токов 1 и 2;
- цепи защиты от перенапряжений;
- формирователи импульсов управления тиристорами.
Охлаждение БВ водяное принудительное. Датчики температуры установлены во всех вентильных обмотках трансформатора, на входе и выходе системы охлаждения выпрямительного блока и внутри шкафа. Датчики обратного тока [4] и прямого тока установлены на каждом тиристоре. Они позволяют определять режим пробоя и нарушения работы тиристоров. Средства обработки сигналов от датчиков расположены в УУ.
Устройство управления состоит из следующих функциональных систем и узлов:
- система питания собственных нужд;
- система измерения и индикации электрических параметров агрегата;
- система регулирования тока;
- система защиты;
- узел управления высоковольтным выключателем;
- система блокировок и сигнализации.
Основные элементы систем управления, защит и блокировок реализуются на базе промышленного логического контроллера ПЛК, который для оперативного местного управления и наблюдения за параметрами АПТ оснащен панелью оператора ПО.
Для дистанционного телеуправления от системы верхнего уровня или диспетчерской УУ имеет выходные и входные каналы для передачи дискретных и аналоговых сигналов, а также для обмена сигналами управления по промышленной сети Profibus DP или Industrial Ethernet.
Теплообменный агрегат АТО обеспечивает охлаждение тиристоров и токоведущих частей БВ по двухконтурной системе «вода — вода». В своем составе он содержит:
- два электронасоса ЭН1 и ЭН2;
- пластинчатый теплообменник ТО;
- блок управления электронасосами БУЭН;
- фильтры;
- запорную арматуру.
На рисунке 2 показан внешний вид смонтированного агрегата. Слева изображен общий вид, а справа — вид на лицевую сторону устройства управления. В настоящее время преобразовательный агрегат успешно эксплуатируется на одном из предприятий цветной металлургии.
Е. Г. БОРОДАЦКИЙ, ОАО «Российская электротехническая компания».
Литература
- Справочник электроэнергетика предприятий цветной металлургии/ Под ред. М. Я. Басалыгина, В. С. Копырина — М.: Металлургия. 1991.
- В. Ю. Марков, В. А. Бобков. Преобразовательная техника, поставляемая Российской электротехнической компанией для алюминиевых заводов. — Промышленная энергетика. 1999. № 9.
- О. А. Неуймин. Конструктивные особенности преобразовательных агрегатов ОАО «Российская электротехническая компания». — Промышленная энергетика. 2003. № 3.
- Е. Г. Бородацкий. Система сигнализации перегорания полупроводниковых приборов для мощных выпрямительных агрегатов. — Екатеринбург: «Уральские выставки-2000». 2006.
