umm_425

Результаты расчетов по выражениям (3.22) (3.25) необходимо свести в таблицу 3.4.

Таблица 3.4 – Гармонический состав сетевого тока преобразователей

	k		fK, Гц		6-пульсовый ВП				12-пульсовый ВП
					I1(K), А		ω1(K), %		I1(K), А		ω1(K), %
	1
	5
7
11
	13
	17
	19
	23
	25
	Коэффициент
	искажения ν

3.4.2Расчет снижения эксплуатационных расходов при увеличении коэффициента мощности

Параметром, характеризующим качество потребляемой преобразователем электроэнергии, является коэффициент мощности, который определяется следующим выражением

λ =	P1	=ν cos(ϕ	)	,	(3.26)
	1(1)
	S1

где Р1, S1 – соответственно активная и полная мощности, потребляемые преобразователем из сети, кВА;

cos(φ1(1)) – коэффициент сдвига, равный косинусу угла сдвига между основной гармоникой сетевого тока I1(1) и фазным напряжением сетевой обмотки U1.

Угол φ1(1) можно найти по следующей приближенной формуле

				A		u	K
	ϕ	≈ 0,5 arccos 1	−2						(3.27)
					100
	1(1)							.

Дополнительная плата за электроэнергию сверх тарифа при превышении

20

потребления реактивной мощности определяется выражением

CP =	H	eЭ WB ,	(3.28)
	100

где Н – увеличение тарифа за электроэнергию при превышении потребления нормированной реактивной мощности, %;

еЭ – тариф за электроэнергию, руб./ кВт·ч;

WВ – переработка преобразователем активной энергии в год, кВт·ч.

Величина Н находится следующим образом

Н = 30 · [tg(arссоs λ) – tg(arссоs λMIN)],

(3.29)

где λ, λMIN – соответственно рассчитанный и минимальный (таблица 1.1) коэффициенты мощности.

Активную энергию WВ, которую перерабатывает выпрямитель за год, можно вычислить по формуле

WВ = РdH · ТH ,

(3.30)

гдеТH – время использования номинальной нагрузки, то есть условное время, в течение которого преобразователь, работая с номинальной нагрузкой IdH, переработал бы такое же количество активной энергии, как и при работе по действительному графику за год (таблица 1.2);

РdH = UdH · IdH – номинальная мощность выпрямителя, кВт.

Результаты расчетов по выражениям (3.26) (3.30) необходимо свести в таблицу 3.5.

Таблица 3.5 – Плата за повышенное потребление реактивной мощности

Параметр

6-пульсовый ВП

12-пульсовый ВП

cos(φ1(1))

λ, о.е.

WВ, кВт·ч

Н, %

∆СР, руб.

21

Тогда экономия эксплуатационных расходов, связанных с увеличением коэффициента мощности в 12-пульсовом ВП, будет равна

∆ЭР = ∆СР(6) – ∆СР(12) .

(3.31)

3.5Расчет снижения эксплуатационных расходов при уменьшении потерь энергии в преобразователе

Расходы, связанные с потерями активной энергии, найдем из выражения

∆СЭ = ∆Рd · τH · еЭ ,

(3.32)

где ∆Рd – потери активной мощности в преобразователе, кВт;

τH = (0,124 + ТН/10000)2·8760 время номинальных годовых потерь, час.

Величину ∆Рd можно выразить следующим образом
∆Рd = ∆РТР + ∆РП + ∆РСУ ,	(3.33)

где ∆РТР – потери мощности в преобразовательном трансформаторе, кВт; ∆РП – потери в диодах преобразователя, кВт; ∆РСУ – потери мощности в сглаживающем устройстве, кВт.

Так как в данном разделе принято, что вентильные комплекты у 6- и 12пульсовых ВП одинаковы, то величину ∆РП в последнем выражении можно опустить.

Потери мощности в трансформаторе при номинальной нагрузке равны

∆РТР = ∆РХХ + ∆РКЗ ,

(3.34)

где ∆РХХ – потери ХХ преобразовательного трансформатора (таблица 3.1), кВт; ∆РКЗ – потери КЗ преобразовательного трансформатора (таблица 3.1), кВт.

Потеря мощности в сглаживающем устройстве

∆РСУ = IdH2 rСУ ,	(3.35)
22

где rСУ – активное сопротивление реактора сглаживающего устройства (СУ): для двухзвенного СУ Западно-Сибирской железной дороги равняется 0,01 Ом, для однозвенного резонансно-апериодического СУ – 0,006.

Результаты расчетов по выражениям (3.32) (3.35) необходимо свести в таблицу 3.6.

Таблица 3.6 – Плата за потери активной мощности в преобразователях

	Параметр	6-пульсовый ВП	12-пульсовый ВП
	∆РТР, кВт
	∆РСУ, кВт
	∆Рd, кВт
	∆СЭ, руб.

Тогда экономия эксплуатационных расходов, связанных с уменьшением потерь активной энергии в 12-пульсовом ВП, будет равна

∆ЭЭ = ∆СЭ

(6) – ∆СЭ(12).

(3.36)

3.6 Расчет изменения амортизационных отчислений

Амортизационные отчисления состоят из отчислений на полное восстановление и определяются процентом от стоимости оборудования (в нашем случае от капитальных затрат)

	ЭА = ЭA(6) −ЭA(12) =	рПВ		К(6) −	рПВ		К(12) =	рПВ	К , (3.37)
		100			100			100

где рПВ – процент отчислений на полное восстановление, принимаем 7%.

3.7Технико-экономическое сравнение 6- и 12-пульсовых преобразователей

По формуле (3.1) рассчитаем разность приведенных затрат для 6- и 12пульсовых ВП.

Результаты расчетов сведем в таблицу 3.7.

23

Таблица 3.7 – Экономическое сравнение 6- и 12-пульсовых ВП

	Показатель					Значение
	1. Капитальные затраты, руб.
1.1	Разность стоимости трансформаторов,			КТР
1.2	Разность стоимости сглаживающих уст-
ройств, КСУ
1.3	Экономия капитальных затрат,	К
	2. Эксплуатационные расходы, руб.
2.1	Экономия эксплуатационных расходов, свя-
занных с коэффициентом мощности,			ЭР
2.2	Экономия эксплуатационных расходов, свя-
занных с потерями активной энергии,			ЭЭ
2.3	Амортизационные отчисления,	ЭА
2.4	Экономия эксплуатационных расходов,			Э
Разность приведенных затрат, ЗПР

После заполнения таблицы 3.7 необходимо выполнить ее анализ и произвести выбор наиболее экономичного варианта.

4 Расчет проектных параметров и выбор типа трансформатора для выпрямительно-инверторного преобразователя

4.1 Расчет проектных параметров преобразовательного трансформатора

Расчет производится для выбранной в разделе 3 схемы преобразователя. Ниже приводим методику расчета для 12-пульсового ВП.

Перед выполнением данного подраздела следует в соответствии с заданным вариантом выполнения вентильных обмоток (таблица 1.1) разработать принципиальную схему ВИП. При этом необходимо учитывать, что с целью

уменьшения тока циркуляции напряжение U2′ вентильных обмоток ИП увеличивается в КИ раза по сравнению с U2 ВП.

При выполнении этого условия напряжение ХХ выпрямителя Ud0 и входное напряжение инвертора при заданном угле опережения β будут равны между собой

Ud0 = UИ0 ,

(4.1)

где UИ0 – среднее значение напряжения ИП при угле опережения β.

24

Для выполнения условия (4.1), при одинаковых схемах ВП и ИП, необходимо обеспечить, чтобы

	U2′ =	U2	=U2 КИ ,	(4.2)
		cos β

где U2, U2′ – действующие напряжения вентильных обмоток соответственно в выпрямительном и инверторном режимах;

β – угол опережения открытия тиристоров инвертора; КИ – коэффициент повышения напряжения при переводе преобразователя

в инверторный режим (таблица 1.1).

Тогда условное входное напряжение ХХ инвертора при β =0 будет равно

UИ0(β=0) = Ud0·КИ.

(4.3)

Проектные параметры трансформатора для выпрямительного режима рассчитываются при токе IdH, напряжении Ud0 и номинальном линейном напряжении питающей сети U1Л по формулам таблицы 2.1.

Проектные параметры трансформатора для инверторного режима рассчитываются при токе IИH, напряжении UИ0(β=0) и напряжении U1Л также по фор-

мулам таблицы 2.1 с заменой индекса «d», соответствующего выпрямительному режиму, на индекс «И», соответствующий инверторному режиму.

Расчет проектных параметров вентильных обмоток преобразовательного трансформатора производится отдельно для обмоток, соединённых в «звезду»

(«Y») и «треугольник» (« »).

В КР необходимо определить следующие параметры вентильных обмоток.

1.Средние значения напряжений ХХ ВП Ud0 (3.8) и ИП UИ0(β=0) (4.3).

2.Условные мощности ВП Pd0 (3.5) и ИП

РИ0= UИ0(β=0)·IИН .

(4.4)

3.Номинальные действующие значения фазных напряжений вентильных об-

моток для выпрямительного U2j и инверторного U′2j режимов (индекс «j» здесь и в дальнейшем обозначает соединение в «Y» и « »).

4.Номинальные действующие значения токов вентильных обмоток для выпрямительного I2Hj и инверторного I′2Hj режимов.

5.Номинальные расчётные мощности вентильных обмоток для выпрямитель-

ного S2Hj и инверторного S′2Hj режимов: а) для варианта 1

S2Hj=m2·U2j·I2Hj;

S′2Hj=m2 ·U′2j ·I′2Hj ;

(4.5)

25

б) для варианта 2

S2Hj=m2·U2j·I2Hj; S′2Hj=m2· [U2j·I2Hj + (U′2j – U2j)·I′2Hj], (4.6)

где m2 – число фаз вентильной обмотки.

6.Полную номинальную мощность вентильных обмоток: а) для варианта 1

S2H = S2HY + S2H + S′2HY + S′2H ;

(4.7)

б) для варианта 2

S2H= S′2HY + S′2H .

(4.8)

Результаты расчетов проектных параметров вентильных обмоток преобразовательного трансформатора необходимо оформить в виде таблицы 4.1.

Таблица 4.1 – Параметры вентильных обмоток преобразовательного трансформатора

Параметр	Выпрямительный режим	Инверторный режим
Ud0 (UИ0(β=0)), кВ
Pd0 (PИ0), кВт
U2Y, кВ
U2 , кВ
I2НY, А
I2Н , А
S2НY, кВА
S2Н , кВА
S2Н, кВА

Расчет проектных параметров сетевой обмотки преобразовательного трансформатора производится отдельно для выпрямительного и инверторного режимов. Окончательно значения параметров сетевой обмотки выбираются по наибольшим значениям, полученным по этим расчётам.

ВКР необходимо определить следующие параметры сетевой обмотки.

1.Номинальное действующее значение фазного напряжения сетевой обмотки

U1Ф.

2.Коэффициенты трансформации трансформатора для выпрямительного КT=U1Ф/U2Y и инверторного К′Т=U′1Ф/U′2Y режимов.

3.Номинальные действующие значения токов сетевой обмотки для выпрямительного I1Н и инверторного I′1Н режимов.

26

4.Номинальные расчетные мощности сетевой обмотки для выпрямительного S1H и инверторного S′1H режимов

S1H = m1·U1Ф·I1H;

S′1H = m1·U1Ф·I′1H,

(4.9)

где m1 число фаз сетевой обмотки.

5.Типовые мощности уравнительных реакторов для выпрямительного SУР и инверторного S′УР режимов.

6.Типовую мощность преобразовательного трансформатора

ST = (S1H + S2H) / 2,

(4.10)

где S1H – выбранная по выпрямительному или инверторному режимам наибольшая мощность сетевой обмотки.

7. Суммарную типовую мощность трансформаторного оборудования ВИП

STΣ = ST + SУР + S′УР.

(4.11)

8.Потери ХХ и КЗ трансформаторного оборудования по формуле (3.12).

9.Ток ХХ преобразовательного трансформатора принять

IXX = 1%·I1H.

(4.12)

Результаты расчетов проектных параметров сетевой обмотки и типовой мощности преобразовательного трансформатора необходимо оформить в виде таблицы 4.2.

Таблица 4.2 – Параметры сетевой обмотки преобразовательного трансформатора

	Параметр			Выпрямительный режим	Инверторный режим
	U1Ф, кВ
	КТ
	I1H, A
	S1H, кВА
	SУР, кВА
	SТ, кВА
	SТΣ, кВА
	PХХ, кВт
	PКЗ, кВт

27

4.2Выбор типа и обозначения преобразовательного трансформатора

Преобразовательный трансформатор должен обеспечивать реализацию заданной схемы в выпрямительном и инверторном режимах, надёжную и экономичную работу преобразователя во всем диапазоне нагрузок.

В данном подразделе необходимо сделать выбор:

а) стандартной номинальной типовой мощности трансформатора; б) схемы соединения сетевой и вентильной обмоток; в) системы охлаждения трансформатора;

г) полного условного обозначения трансформатора по ГОСТ.

Выбор стандартной мощности трансформатора STH производится из следующего условия

STH > ST ,

(4.13)

где ST – расчетная типовая мощность трансформатора; STH – стандартная номинальная типовая мощность.

В настоящее время ГОСТом установлен следующий ряд номинальных мощностей трансформаторов:

• при ST < 10000 кВА

STH = (10; 16; 25; 40; 63)·10n кВА;

• при ST > 10000 кВА

STH = (10; 12,5; 16; 20; 25; 32; 40; 50; 63; 80)·10n кВА,

где n – натуральный ряд целых чисел (n = 0, 1, 2, 3, …).

После выбора мощности определяется схема соединения сетевых и вентильных обмоток, а также группа соединения обмоток трансформатора.

Сетевая обмотка должна иметь одинаковое число фаз m1, и равные напряжения U1Л, с питающей сетью. Число фаз сетевой обмотки в маркировке трансформатора при однофазной трехфазной питающей сети обозначается «О», а при трехфазной «Т».

Число вентильных обмоток и схема их соединения зависят от схемы преобразователя и могут быть однофазными, трехфазными («Y» или « »), сочетанием двух трехфазных обмоток («Y» и «Y», «Y» и « ») и т.д.

В условном обозначении вентильных обмоток трансформатора используется буква Р – расщепленная обмотка (только при наличии двух вентильных обмоток с разными схемами, которые применяются в 12-пульсовых схемах).

28

По системе охлаждения преобразовательные трансформаторы могут быть сухими (для установки внутри помещений, например, в метро) или масляными (для установки на открытом воздухе).

Принято следующее условное обозначение системы охлаждения: С – естественное воздушное (ST ≤ 160 кВА),

СЗ – естественнoe воздушное с защитным исполнением

(250 кВА ≤ ST ≤ 1600 кВА),

СД – воздушное с дутьем (2500 кВА ≤ ST ≤ 4000 кВА),

М – естественная циркуляция масла и воздуха (63 кВА ≤ ST ≤ 6300 кВА), Д – естественная циркуляция масла и принудительная воздуха

(10000 кВА ≤ ST ≤ 80000кВА).

Выбор системы охлаждения производится по мощности и условиям эксплуатации трансформатора.

Например, условные обозначения трансформаторов, используемых на тяговых подстанциях магитральных железных дорогах в 12-пульсовых ВП –

ТРДП–12500/10Ж-У/УД-0-11 и в 12-пульсовых ВИП – ТРДТП-20000/10И- -У/УУДД-0-11, расшифровываются следующим образом:

Т – трехфазный;

Р– с расщеплёнными вентильными обмотками ;

Д– маслинное охлаждение с принудительным дутьем;

Т – три группы обмоток (сетевая, две вентильные для подключения ВП, две вентильные для подключения ИП);

П – для питания полупроводникового преобразователя; 12500 (20000) – стандартная номинальная типовая мощность, кВА; 10 – номинальное напряжение сетевой обмотки, кВ; Ж – для железных дорог;

И – кроме выводов для подключения выпрямителя имеет выводы для подключения инвертора);

У – сетевая обмотка соединена в «звезду»; УД – вентильные обмотки соединены в «звезду» и «треугольник»;

0 – группа соединения вентильной обмотки «Y»;

11 – группа соединения вентильной обмотки « ».

29