СПОСОБ ПРОВЕРКИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ВАКУУМНОГО ВЫКЛЮЧАТЕЛЯ ТЯГОВОГО ВЫПРЯМИТЕЛЯ ТОКА Российский патент 2013 года по МПК H01H33/66 G01R31/327 

Изобретение относится к способу проверки функционирования вакуумного выключателя тягового выпрямителя тока.

Подобный тяговый выпрямитель тока представлен более подробно на фиг.1. Этот тяговый выпрямитель тока имеет на сетевой стороне четырехквадратный исполнительный элемент 2, а на нагрузочной стороне - автономный вентильный преобразователь 4, который обозначается также импульсный выпрямитель тока, которые на стороне постоянного напряжения через конденсатор C_ZK промежуточного контура включены электрически параллельно. На выходах импульсного выпрямителя 4 тока подключен двигатель 6 трехфазного тока. Четырехквадратный исполнительный элемент 2 на стороне переменного напряжения через вторичную обмотку 8 тягового трансформатора 10 и вакуумного выключателя 12 может электропроводно соединяться с контактным проводом 14. Соответственно, вывод вторичной обмотки 8 тягового трансформатора 10 электропроводно соединен с выводом 16 или 18 переменного напряжения четырехквадратного исполнительного элемента 2. Посредством этого четырехквадратного исполнительного элемента 2 однофазное сетевое переменное напряжение u_N преобразуется в предопределенное постоянное напряжение U_ZK промежуточного контура, из которого затем генерируется система напряжений, согласованная с потребностями двигателя 6 трехфазного тока, например, система трехфазного напряжения переменной амплитуды и частоты.

В этой известной форме выполнения тягового выпрямителя тока в качестве вентилей Т1-Т6 выпрямителя тока автономного вентильного преобразователя 4 и в качестве выпрямителей Т7-Т10 тока четырехквадратного исполнительного элемента 2 применяются, соответственно, отключаемые силовые полупроводниковые выключатели, в частности биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBT). К каждому силовому полупроводниковому выключателю Т1-Т6 или Т7-Т10 электрически параллельно подключен силовой диод D1-D6 или D7-D10.

Соответствующее проектированию вентильного преобразователя направление потока мощности определяется от питающей сети через контактный провод 14 и тяговый трансформатор 10, четырехквадратный исполнительный элемент 2 автономный вентильный преобразователь к двигателю 6 трехфазного тока. Для управления вентилями Т7-Т10 выпрямителя тока четырехквадратного исполнительного элемента 2 предусмотрено регулирующее устройство 20, на которое подается однофазное сетевое переменное напряжение u_N. В качестве регулирующего устройства 20 может предусматриваться, например, микроконтроллер, который размещен в устройстве управления и регулирования тягового выпрямителя тока.

Показанный на фиг.1 тяговый выпрямитель тока известен, например, из публикации «Comparison of Multi-System Traction Converters for High-Power Locomotives», PESC конференция 2004, 21.06.-23.06.2004 в Аахене, в частности, на фиг.10 этой публикации. Если сетевое значение накладывается на малую составляющую верхней гармоники сетевого тока, то со стороны сети предусматриваются два четырехквадратных исполнительных элемента, которые, соответственно, через вторичную обмотку трансформатора со стороны сети включены параллельно и работают на общий промежуточный контур постоянного напряжения. Управление этими обоими четырехквадратными исполнительными элементами осуществляется через смещенные по фазе такты обоих четырехквадратных исполнительных элементов. Тем самым достигается то, что высшие гармоники сетевых токов на вторичной стороне электрически сдвинуты на 180° по отношению друг к другу и, тем самым, на первичной стороне тягового трансформатора за счет образования суммы в существенной степени компенсируются. Подобный тяговый выпрямитель тока также известен из вышеназванной публикации, в частности фиг.8 или фиг.12 этой публикации.

Вакуумный выключатель 12 представляет собой силовой выключатель 12, который рассчитан на высокие токи. Он может не только коммутировать рабочие токи, но и при неисправностях выдерживать высокие токи перегрузки и токи короткого замыкания в течение заданного времени. В вакуумном выключателе его контакты находятся в вакууме для предотвращения электрической дуги. Такие вакуумные выключатели преимущественно используются только в установках среднего напряжения примерно до 40 кВ и пригодны для очень высоких частот переключений. Такой вакуумный выключатель, из-за случайной или скрытой потери вакуума может потерять свою работоспособность. Вследствие подобного неработоспособного вакуумного выключателя, в случае неисправности, может повреждаться весь тяговый выпрямитель тока.

Чтобы иметь возможность проверить работоспособность подобного вакуумного выключателя, известным образом применяется испытательный прибор. Вакуумный выключатель тягового выпрямителя тока должен для этого отсоединяться от высоковольтного оборудования, и должен подключаться испытательный прибор. Известные испытательные приборы работают с испытательным напряжением несколько киловольт и должны быть оснащены высоковольтным трансформатором и соответственно выполненной изоляцией. Кроме того, при проверке следует учитывать многочисленные меры предосторожности. Способ работы известного испытательного устройства предусматривает, что вакуумная камера управляется испытательным напряжением, которое находится между напряжением пробоя при полном вакууме и напряжением пробоя воздуха при атмосферном давлении. Это испытательное напряжение прикладывается к открытым коммутационным контактам и определяет внутреннее напряжение пробоя. Таким способом устанавливается, имеет ли проверяемый вакуумный выключатель достаточный вакуум.

Эта проверка вакуумного выключателя означает затраты и времена простоя тягового привода. Если проверка не состоится, то отказ вакуумного выключателя может повлечь за собой высокий косвенный ущерб. Так как для проверки функционирования вакуумного переключателя должен использоваться испытательный прибор, эта проверка функционирования предпринимается только в железнодорожном или трамвайном депо.

В основе изобретения лежит задача создать способ для проверки функционирования вакуумного выключателя тягового выпрямителя тока, за счет чего можно отказаться от применения испытательного прибора.

Эта задача решается этапами способа согласно пункту 1 формулы изобретения.

Соответствующий изобретению способ состоит в том, что при открытом вакуумном выключателе четырехквадратный исполнительный элемент управляется таким образом, что он в качестве напряжения исполнительного элемента генерирует импульс напряжения, временное положение которого относительно сетевого переменного напряжения устанавливается таким образом, что на вакуумном выключателе падает предопределенное испытательное напряжение. Если изоляционная способность вакуумного выключателя не обеспечена, то от питающей сети к четырехквадратному исполнительному элементу протекает ток, который определяется регистрацией измеренного значения четырехквадратного исполнительного элемента. Если вакуумный выключатель работоспособен, то не может устанавливаться никакое протекание тока. Для генерации подобного импульса напряжения применяется энергия конденсатора промежуточного контура промежуточного контура напряжения тягового выпрямителя тока.

Преимущество соответствующего изобретению способа для проверки функционирования вакуумного выключателя тягового выпрямителя тока состоит в том, что не нужно больше применять никакого испытательного прибора. То есть, посредством имеющихся схемных элементов тягового выпрямителя тока может выполняться проверка функционирования. Другое преимущество состоит в том, что вакуумный выключатель больше не должен отсоединяться от высоковольтного оборудования. Тем самым можно на любом месте в любое время выполнять проверку функционирования вакуумного выключателя тягового выпрямителя тока. Проверка функционирования может осуществляться автоматически. Из-за малых затрат на проверку функционирования вакуумного выключателя тягового выпрямителя тока существенно упрощается и улучшается обнаружение неисправностей.

Для более детального пояснения изобретения ссылки даются на чертежи, с помощью которых более подробно поясняется способ функционирования соответствующего изобретению способа.

Фиг.1 показывает известную форму выполнения тягового выпрямителя тока,

Фиг.2 представляет соответствующую однофазную эквивалентную схему для напряжений и токов со стороны сети.

Эта однофазная эквивалентная схема содержит источник 22 напряжения и источник 24 напряжения, которые включены электрически параллельно. Источник 22 напряжения замещает питающую сеть, причем источник 24 напряжения эквивалентным образом представляет четырехквадратный исполнительный элемент 2 с конденсатором C_ZK промежуточного контура стороны постоянного напряжения. Тяговый трансформатор 10 на однофазной эквивалентной схеме представлен лишь своей паразитной индуктивностью 26. Открытый вакуумный выключатель 12 на эквивалентной схеме представлен как искровой промежуток 28. Во время работы тягового выпрямителя тока вакуумный выключатель 12 замыкается, так что оба источника 22, 24 напряжения посредством паразитной индуктивности тягового трансформатора 10 включены электрически параллельно. Согласно этой эквивалентной схеме, в нормальном режиме сетевое переменное напряжение u _N $$$$ и входное напряжение u _St исполнительного элемента сдвинуты по фазе относительно друг друга на некоторый угол. С увеличением тактовой частоты исполнительного элемента, индуктивность может становиться меньше. Тем самым, угол между сетевым переменным напряжением u _N $$$$ и напряжением u _St исполнительного элемента также становится меньше. Соответствующая векторная диаграмма представлена в публикации «Vierquadrantensteller - eine netzfreundliche Einspeisung fűr Triebfahrzeuge mit Drehstromantrieb», из немецкого журнала «Elektrische Bahnen», год выпуска 45, том 6, 1974, в частности, на рис.10 этого издания.

В соответствующем изобретению способе для проверки функционирования вакуумного выключателя 12 тягового выпрямителя тока оба контакта вакуумного выключателя 12 находятся в открытом состоянии. То есть, эти оба контакта находятся на некотором расстоянии друг от друга в вакуумной камере вакуумного выключателя 12. По этой причине этот вакуумный выключатель 12 в однофазной эквивалентной схеме согласно фиг.2 изображен как искровой промежуток 28. Испытательное напряжение для вакуумного выключателя 12 соответствует разностному напряжению Δu между сетевым переменным напряжением u _N $$$$ и входным напряжением u _St исполнительного элемента. Для того чтобы иметь возможность проверить работоспособность вакуумного выключателя 12, это разностное напряжение Δu должно достичь предопределенного значения напряжения пробоя. Амплитуда разностного напряжения Δu может устанавливаться посредством временного положения входного напряжения u _St исполнительного элемента относительно сетевого переменного напряжения u _N. То есть, угол между сетевым переменным напряжением u _N $$$$ и входным напряжением u _St исполнительного элемента должен достичь предопределенного значения. Если сетевое переменное напряжение u _N $$$$ лежит по времени относительно входного напряжения u _St исполнительного элемента таким образом, что разностное напряжение Δu достигает амплитуды предопределенного испытательного напряжения, то четырехквадратный исполнительный элемент 2 управляется таким образом, что в качестве входного напряжения u _St исполнительного элемента существует импульс напряжения. Этот импульс напряжения во времени так рассчитан, что тяговый трансформатор 10 не переходит в насыщение. Затем проверяется, протекает ли ток от питающей сети от четырехквадратного исполнительного элемента 2. Эта проверка осуществляется путем регистрации измеренного значения четырехквадратного исполнительного элемента 2. Если не устанавливается никакого протекающего тока, то вакуумный выключатель 12 прошел свое испытание. Если, однако, устанавливается наличие протекающего тока, то вакуумный выключатель 12 является неисправным и должен быть заменен.

С помощью этого соответствующего изобретению способа в любое время и в любом месте вакуумный выключатель тягового трансформатора может проверяться на его работоспособность, не требуя для этого испытательного прибора.

Изобретение касается способа проверки функционирования вакуумного выключателя (12) тягового выпрямителя тока с по меньшей мере одним четырехквадратным исполнительным элементом (2) сетевой стороны и импульсным выпрямителем (4) тока нагрузочной стороны, которые через конденсатор (C_ZK) промежуточного контура на стороне постоянного напряжения включены электрически параллельно, и с тяговым трансформатором (10) с по меньшей мере одной вторичной обмоткой (8), выводы которой соединены с выводами (16, 18) стороны переменного напряжения исполнительного элемента (2), и первичная обмотка которого одним выводом через вакуумный выключатель (12) имеет возможность соединения с сетевым переменным напряжением ( $${\underset{\_}{u}}_N$$ ). Исполнительный элемент (2) при открытом выключателе (12) управляется точно тогда, когда сетевое переменное напряжение ( $${\underset{\_}{u}}_N$$ ) таким образом во времени лежит относительно входного напряжения ( $${\underset{\_}{u}}_{St}$$ ) исполнительного элемента, что разностное напряжение ( $$\Delta \underset{\_}{u}$$ ), определенное между сетевым переменным напряжением ( $${\underset{\_}{u}}_N$$ ) и входным напряжением ( $${\underset{\_}{u}}_{St}$$ ) исполнительного элемента, по амплитуде соответствует предопределенному испытательному напряжению. Затем проверяется, протекает ли ток от питающей сети к исполнительному элементу (2). Технический результат - возможность проверять работоспособность выключателя тягового выпрямителя тока в любое время без испытательного прибора. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ проверки функционирования вакуумного выключателя (12) тягового выпрямителя тока с по меньшей мере одним четырехквадратным исполнительным элементом (2) сетевой стороны и импульсным выпрямителем (4) тока нагрузочной стороны, которые на стороне постоянного напряжения через конденсатор (C_ZK) промежуточного контура включены электрически параллельно, и с тяговым трансформатором (10) с по меньшей мере одной вторичной обмоткой (8), выводы которой соединены с выводами (16, 18) стороны переменного напряжения четырехквадратного исполнительного элемента (2), и первичная обмотка которого одним выводом через вакуумный выключатель (12) имеет возможность соединения с сетевым переменным напряжением ( $${\underset{\_}{u}}_N$$ ), причем четырехквадратный исполнительный элемент (2) при открытом вакуумном выключателе (12) управляется точно тогда, когда определенное сетевое переменное напряжение ( $${\underset{\_}{u}}_N$$ ) таким образом во времени лежит относительно входного напряжения ( $${\underset{\_}{u}}_{St}$$ ) исполнительного элемента, что разностное напряжение ( $$\Delta \underset{\_}{u}$$ ), определенное между сетевым переменным напряжением $$({\underset{\_}{u}}_N)$$ и входным напряжением $$({\underset{\_}{u}}_{St})$$ исполнительного элемента, по амплитуде соответствует предопределенному испытательному напряжению, причем затем проверяется, протекает ли ток от питающей сети к четырехквадратному исполнительному элементу (2).

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что генерируемое входное напряжение ( $${\underset{\_}{u}}_{St}$$ ) исполнительного элемента является импульсом напряжения.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что генерируемое входное напряжение $$({\underset{\_}{u}}_{St})$$ исполнительного элемента является свободно устанавливаемым.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что временное положение генерируемого входного напряжения ( $${\underset{\_}{u}}_{St}$$ ) исполнительного элемента относительно сетевого переменного напряжения ( $${\underset{\_}{u}}_N$$ ) является устанавливаемым.