Классификацию систем масляного охлаждения проведем по шести классификационным признакам;

первый уровень (Т) характеризует тип хладоагента в I контуре системы охлаждения: трансформаторное масло (М);

на втором уровне (II) выделено два класса по признаку "способ построения I контура системы охлаждения"; 1 - погружные систе­мы, 2 - системы с индивидуальными радиаторами;

третий уровень (III) подразделяется на два класса по признаку "способ циркуляции масла в 1 контуре": 1 - естественная циркуля­ция, 2 - принудительная циркуляция;

четвертый уровень (IY) для высоковольтных преобразователей имеет один класс по признаку "тип I контура системы охлаждения": 2 - замкнутый;

пятый уровень (Y) формируется по признаку "способ сочетания I и И контуров системы охлаждения", имеет три класса: 1 - цент­рализованный, 2 - групповой, 3 - индивидуальный;

шестой (ХІ) уровень формируется по признаку "тип хладоагента во II контуре": 1 - воздух, 2 - вода, 3 - фреон, 4 - масло.

Иерархическое дерево совокупности систем масляного охлаждения преобразователей для электропривода приведено на рис. 22.

Рис. 22. Классификационная схема систем масляного охлаждения высоковольтных преобразователей

В СССР с середины 60-х годов эксплуатируются полупроводни­ковые преобразователи с масляным охлаждением вентилей, предназ­наченные для работы на открытом воздухе в стапионарных и пере­движных тяговых подстанциях железных дорог [41, 42J.

Основные электрические параметры преобразователя

Мощность номинальная по выпрямителю, МВ*А. ..................... 10

Номинальное выпрямленное напряжение, кВ.......................... 3,3

Длительный выпрямленный ток, А.......................................... 3000

Выпрямитель собран по схеме звезда - две обратные звезды с уравнительным реактором и конструктивно состоит из шести бло­ков, каждый из которых функционально представляет собой фазу. Каждый блок находится в баке с маслом. Выемная часть с венти­лями и вспомогательными цепями укреплена на крышке бака. Бак выполнен в виде сварной конструкции. Масса выемной части 540 кг, масса масла - 720 кг, общая масса бака - 1520 кг.

Вентили с ребристыми охладителями охлаждаются трансформатор­ным маслом по замкнутой циркуляционной системе с помощью охла­дительной установки, собранной из шести блоков теплообменниковтепловозного типа. Схема системы охлаждения приведена на рис.23. Циркуляция масла в системе осуществляется двумя насосами типа ЭЦТ-63-10 (производительность насоса 63 м3/ч, напор 9,81*10^ Па). Суммарные потери напора в замкнутой системе масляного охлаждения 4,4*10 na[l7j, т. е. насосы выбраны прак­тически с двухкратным запасом по напору, еще больший запас по производительности насосов. Масло проходит через теплообменники, охлаждаемые потоком воздуха, создаваемым автом дтически вклю­чаемыми осевыми вентиляторами типа ВС-320 № 7 в зависимости от температуры охлаждающего масла на выходе каждого бака. Тем­пература масла на входе охладительной установки +69 С, на выхо­де +63°С в номинальном режиме работы выпрямителя. При низких наружных температурах допускается естественное охлаждение ра­диаторов теплообменников. Максимальная мощность системы охлаж­дения достигается включением шести блоков теплообменников общей

о

поверхностью 570 м. При этом одновременно работает 12 венти­ляторов, потребляющих мощность 21 кВт, и два масляных насоса общей потребляемой мощностью около 6 кВт. В результате через теплообменники проходит 64800 м3/ч воздуха и около 30 м3/ч масла. В зависимости от числа работающих блоков теплообменниковрегулируется нагрузочная способность преобразователя, значения которой при допустимом превышении температуры р - п - перехода лимитирующего вентиля +80°С приведены в табл. 8 [17].

Таблица 8 Режим работы выпрямителя Количество блоков теплообменников, шт. Нагрузочная способ­ность выпрямителя, А. 1-й 6 6000 2-й 4 5200 3-й 2 3400

Из табл. 8 видно, что при расчетной температуре +40 С дли­тельный ток выпрямителя 3400 А достигается при работе двух блоков теплообменников, обслуживаемых двумя насосами и четырь­мя вентиляторами, т. е. суммарная мощность потребления системы охлаждения составляет 13 кВт. По данным [l 7], мощность потерь в выпрямителе в этом режиме составляет 98 кВт, т. е. удельные затраты на отведение 1 кВт потерь равны I - 0,132 кВт/кВт.

Фирма Siemens разработала преобразователь для пуска насосов гидроаккумулирующей станции, оборудованной четырьмя насосно-ак - кумулирующими установками [52] . Мощность преобразователя 20 МВт, напряжение 23 кВ. Тиристоры выпрямителя и инвертора скомпонованы в блоки с масляным охлаждением. Габаритные разме­ры: шкафов выпрямителя и инвертора с системой охлаждения 12400x3200x2850 мм; каждого из двух сглаживающих реакторов - диаметр 2000 мм, высота 3000 мм; каждого из четырех комму­тирующих дросселей - диаметр 1220 мм, высота - 3400 мм.

Фирма Jeumont-Schneider разработала [56, 57] унифицирован­ный модуль с масляным охлаждением для компоновки высоковольт­ных преобразователей частоты. Модуль имеет десять тиристоров, смонтированных электрически и механически последовательно. Рас­положение столба горизонтальное. Подвод и отвод масла осущест­вляются с боковых сторон модуля.

Основные электрические параметры модуля

Номинальное напряжение, кВ............................................ 6

Пиковое напряжение, кВ.................................................. 32

Средний постоянный ток при угле проводимости

120° эл, сети с частотой 60 Гц, А............................. 600

Для преобразователей с номинальным напряжением выше 6 кВ (до 30 кВ) допустимо последовательное соединение нескольких модулей в плече.

Фирма разработала [бб] высоковольтный преобразователь часто­ты на основе автономного инвертора для электропривода центробеж­ного компрессора.

Основные электрические параметры электропривода

Номинальная мощность, МВт................................... 12

Номинальная частота вращения, об/мин................... 3600

Рабочий диапазон изменения частоты вращения........ 1:12

Пуск...................................................................... частотный

Номинальное значение статорного напряжения дви­гателя, кВ 6,6

Номинальная частота напряжения двигателя, Гц .... 120

Номинальное значение линейного тока двигателя, А. 1350

Преобразователь частоты набран из двенадцати указанных моду­лей: шесть - выпрямитель, шесть - автономный инвертор. Каждый модуль содержит десять последовательно соединенных тиристоров с повторяющимся напряжением тиристора 2600 В, током - 600 А, Конструктивно три модуля компонуются в одном шкафу по вертикали. Необходимый уровень изоляции модуля относительно корпуса шкафа обеспечивается изоляторами. Охлаждение тиристоров - принудитель­ное масляное по замкнутому контуру, движение масла в шкафу - снизу вверх. 'Масло охлаждается в теплообменнике водой.

Фирма Jeumont—Schneider разработала электропривод номиналь­ной мощностью по двигателю 16,4 МВт для компрессоров газопе­рекачивающих станций [57]. Электропривод выполнен по схеме вен­тильного двигателя.

Основные технические данные

Номинальная мощность синхронного двигателя

тина АТ65,5-170-2, МВт.......................................... 16,4

Номинальное напряжение, кВ.................................. 9,405

Номинальная частота напряжения, Гц...................... 78,78

Диапазон изменения мощности при регулировании,

МВт....................................................................... 9,9-18

Диапазон регулирования частоты вращения, %

от номинальной...................................................... 70-110

Диапазон регулирования напряжения, кВ................. 6,6-10,34

Климатическое исполнение и категория размещения близки к типу. УХЛ4, но при температуре окружающей среды от О до +40 С.

Выпрямитель и инвертор преобразователя выполнены на выше­указанных тиристорных унифицированных модулях с масляным ох­лаждением. Выпрямитель состоит из двух трехфазных мостов. Каж­дое плечо моста состоит из одного модуля, содержащего восемь тиристоров, соединенных последовательно. Инвертор выполнен по трехфазной мостовой схеме. Каждое плечо инверторного моста сос­тоит из двух последовательно соединенных модулей, в каждом из которых по восемь последовательно соединенных тиристоров. Мас­со-габаритные показатели ТПЧ для электропривода следующие:

преобразователь - силовая часть состоит из девяти шкафов, га­баритные размеры каждого 1500x1300x2300 мм; шкафа управле­ния - 1500x1300x2300 мм; два шкафа ввода и защитных аппара­тов, габаритные размеры каждого 1500x1300x2300 мм; шкаф дросселей на входе преобразователя - 3300x1500x2300 мм. Об­щая масса преобразователя - 18000 кг;

сглаживающий дроссель в звене постоянного тока преобразовате­ля - 4000x3300x3300 мм, масса - 45000 кг.

Охлаждение тиристоров в преобразователе выполнено по двухкон­турной схеме. Первый контур - замкнутый принудительного масляно­го охлаждения; во втором контуре масло в теплообменнике охлажда­ется водой. Оборудование системы охлаждения включает в себя: теплообменник "масло - вода" с теплотворной способностью 200 кВт (расход масла - 90 м^/ч, температура масла на входе - 50°С, на выходе - 43°С; расход воды - 46 м^/ч, температура воды на входе +30°С, на выходе +35°С); масляный насос (производитель­ность 90 м^/ч, давление 9,81*10^ Па); двигатель насоса мощ­ностью 9 кВт, 380 В, 50 Гц. Массо-габаритные показатели тепло­обменника, насоса и двигателя: 3200x450x1500 мм, масса - 1000 кг.

Зависимость допустимой мощности электропривода от частоты вращения при двух значениях величин температуры воды на входе теплообменника приведена в табл. 9,

Таблица 9 Частота вращения электропривода, об/мин Допустимая мощность электропривода, МВт, при температуре воды на входе теплообм енн ика +30°С +40°С 5200 18,0 16,6 5000 17,3 16,0 4727 16,4 15,0 3309 9,9 9,0

Данные табл. 9 характеризуют чувствительность нагрузочной способности преобразователя от изменения температуры охлаждаю­щей воды. Как видно из таблицы, при изменении температуры на 33,3% нагрузочная способность снижается не более чем на 10%.

Фирма проработала вариант электропривода с вышеуказанными параметрами при принудительном воздушном охлаждении силовых тиристоров. Расход воздуха для такого преобразователя в номиналь­ном режиме работы 90000 м3/ч.

Фирма Toshiba поставила преобразователь для пуска синхрон­ных двигателей насосной гидроаккумулирующей станции. Выпрями­тель и инвертор преобразователя выполнены по трехфазной мостовой схеме. В каждом плече выпрямителя включено последовательно 42 тиристора с повторяющимся напряжением 2,5 кВ и током 1000 А, а в инверторе - 35 тиристоров с теми же параметрами. Основные электрические параметры преобразователя совпадают с параметрами преобразователя, показанного в [60]. Конструктивно преобразователь выполнен в виде герметичных шкафов. Система

Рис. 24. Гидравлическая схема системы масляно-водяного охлаж­дения преобразователя 1 - блок преобразователя; 2-4 - шкафы преобразователя; 5-7 - теп­лообменники "воздух-вода"; 8 - теплообменник "масло-вода"; 9 - масляные насосы; 10 - разобщительные краны Черные стрелки указывают путь протекания воды, светлые - путь протекания масла

охлаждения - двухконтурная. Первый контур - замкнутый масляно­го принудительного охлаждения тиристоров, второй - контур охлаж­дения масла в теплообменнике водой. Система охлаждения преобра­зователя приведена на рис. 24. Необходимость в теплообменниках с вентиляторами 5-7 обусловлена тем, что масло отводит тепло только от тиристоров, поэтому выявилась необходимость в принуди­тельном воздушном охлаждении вспомогательных элементов в герме­тичном шкафу и отводе этих потерь через воздушно-водяные тепло­обменники [12, 60].