Тиристорный вентиль что это
Управляемый вентиль. Тиристор (VS).
Лекция № 2
Основные процессы и виды вентильных преобразователей электрической энергии
К вентилям относятся любые элементы, которые способны проводить ток только в одном направлении.
Вентили делятся на управляемые и неуправляемые.
Неуправляемый вентиль. Полупроводниковый диод (VD).
 |
Принцип действия:
±Uа – прямое напряжение, Iа > 0. Прямое сопротивление стремится к нулю Rпр ® 0.
Uа – обратное напряжение, Iа = 0. Rобр ® ¥ (сотни кОм).
Вольт–амперная характеристика диода
Ua > 0 – прямая ветвь ВАХ диода.
Ua 0 – включение тиристора
Ua ® Ia = Iобр. » 0 – выключение тиристора (перемена полярности между анодом А и катодом К).
Вольт–амперная характеристика тиристора
При ½Ua½>½Uвкл.½ – тиристор ведет себя, как диод. Выключить тиристор можно уменьшением тока Ia
Дата добавления: 2016-01-26 ; просмотров: 1638 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ
Тиристоры: принцип работы, назначение, характеристики, проверка работоспособности
Тиристор представляет собой вид полупроводниковых приборов, предназначенный для однонаправленного преобразования тока (т.е. ток пропускается только в одну сторону).
Этот преобразователь имеет два устойчивых состояния: закрытое (состояние низкой проводимости) и открытое (состояние высокой проводимости). Назначение тиристора – выполнение функции электроключа, особенность которого – невозможность самостоятельного переключения в закрытое состояние. Прибор выполняет функции коммутатора разомкнутой цепи и ректификационного диода в сетях постоянного тока. Основным материалом при производстве этого полупроводникового устройства является кремний. Корпус изготавливается из полимерных материалов или металла – для моделей, работающих с большими токами.
Устройство тиристора и области применения
В состав прибора входят 3 электрода:
В отличие от двухслойного диода, тиристор состоит из 4-х слоев – p-n-p-n. Оба устройства пропускают ток в одну сторону. На большинстве старых моделей его направление обозначается треугольником. Внешнее напряжение подается знаком «-» на катодный электрод (область с электропроводностью n-типа), «+» – на анодный электрод (область с электропроводностью p-типа).
Тиристоры применяют в сварочных инверторах, блоках питания зарядного устройства для автомобиля, в генераторах, для устройства простой сигнализации, реагирующей на свет.
Принцип работы тиристоров
В специализированной литературе тиристор называется «однооперационным» и относится к группе не полностью управляемых радиодеталей. Он переходит в активное состояние при получении импульса определенной полярности от объекта управления. На скорость активации и последующее функционирование оказывают влияние:
Переключение из одного состояния в другое осуществляется с помощью управляющих сигналов. Для полного отключения тиристора требуется выполнить дополнительные действия. Выключение осуществляется несколькими способами:
При эксплуатации возможны незапланированные переключения из одного положения в другое, которые провоцируются перепадами характеристик электроэнергии и температуры.
Классификационные признаки
По способу управления различают следующие виды тиристоров:
Диодные (динисторы)
Активируются импульсом высокого напряжения, подаваемым на анод и катод. В конструкции присутствуют 2 электрода, без управляющего.
Триодные (тринисторы)
Разделяются на две группы. В первой управляющее напряжение поступает катод и электрод управления, во второй – на анод и управляющий электрод.
Симисторы
Выполняют функции двух включенных параллельно тиристоров.
Оптотиристоры
Их функционирование осуществляется под действием светового потока. Функцию управляющего электрода выполняет фотоэлемент.
По обратной проводимости тиристоры разделяются на:
Основные характеристики тиристоров, на которые стоит обратить внимание при покупке
Проверка тиристора на исправность
Прибор можно проверить несколькими способами, один из них – использование специального самодельного тестера, собираемого по представленной ниже схеме:
Такая схема предназначена для работы при напряжении 9-12 В. Для других значений напряжения питания производят перерасчет величин R1-R3.
Заключение
Статический тиристорный компенсатор реактивной мощности
Нидек АСИ ВЭИ (до 2013г. АО Ансальдо-ВЭИ) является ведущей компанией в России по производству статических тиристорных компенсаторов реактивной мощности (СТК). Первые СТК были разработаны в ВЭИ в начале 80-х годов прошлого столетия и до сих пор успешно эксплуатируются на Молдавском и Белорусском металлургических заводах, ОАО «Амурметалл» и ОАО «Волжский трубный завод».
СТК производства АО Ансальдо-ВЭИ это высокотехнологичный продукт, основанный на почти 30-летнем опыте разработок и эксплуатации, современном системном инжиниринге и математическом моделировании, использовании передовых технологий и материалов, применении самых надежных компонентов, постоянном совершенствовании алгоритмов управления и сервисных функций, технической поддержке во время и после гарантийного срока эксплуатации.
В 2010 году серия «Статических тиристорных компенсаторов реактивной мощности для сетей 110-500 кВ» по ТУ 3414-002-40491410-2009 производства АО Ансальдо-ВЭИ была аттестована ОАО «ФСК ЕЭС» и рекомендована для применения на объектах ОАО «ФСК ЕЭС» и ОАО «Холдинг МРСК».
Система управления СТК сертифицирована на соответствие стандартам серии ГОСТ Р 51317.4…. по электромагнитной совместимости.
Принцип действия статического тиристорного компенсатора (СТК) и исходные данные для расчета параметров
НАЗНАЧЕНИЕ
Статические тиристорные компенсаторы реактивной мощности являются одними из устройств, обеспечивающих повышение эффективности работы и энергосбережения систем передачи и распределения электрической энергии.
СТК разрабатываются в двух основных модификациях: для промышленных установок типа дуговых сталеплавильных печей (ДСП) и тиристорных приводов прокатных станов и для высоковольтных линий электропередачи. Так же есть специальное исполнение СТК для применения на тяговых подстанциях электрофицированных железных дорог.
Эффективность применения СТК, в зависимости от объекта установки, определяется реализацией ими следующих функций:
Для промышленных установок и тяговых подстанций железных дорог
Снижение колебаний напряжения
Повышение коэффициента мощности
Снижение токов высших гармоник
Для дуговых сталеплавильных печей
Существенное снижение колебаний напряжения (фликера) в питающей сети
Возможность подключения мощных печей к энергосистемам с низкой мощностью КЗ
Повышение среднего коэффициента мощности
Снижение токов высших гармоник, текущих в энергосистему
Симметрирование токов, потребляемых из сети
Стабилизация напряжения на шинах нагрузки
Повышение производительности печи
Снижение расхода электродов и футеровки
Для линий электропередачи
Повышение статической и динамической устойчивости передачи
Снижение отклонений напряжения при больших возмущениях в системе
Стабилизация напряжения
Ограничение внутренних перенапряжений
Увеличение передаточной способности электропередачи из-за улучшения устойчивости при большой передаваемой мощности
Фильтрация токов высших гармоник
Помимо обеспечения требований ГОСТ 13109-97 по основным показателям качества электроэнергии СТК осуществляют разгрузку сетевых трансформаторов и питающих линий электропередачи от реактивной мощности и, тем самым, снижают в них величину действующего тока и активных потерь, что позволяет увеличить передаваемую активную мощность без установки нового оборудования. Этот фактор определяет основной экономический эффект от применения СТК в России в настоящее время (до введения тарифов за потребление реактивной мощности). Срок окупаемости СТК составляет от 1 до 3 лет.
Таким образом, по аналогии с охраной окружающей среды, СТК являются своего рода «очистными системами» для энергетической среды, восстанавливая качество электроэнергии, испорченное потребителями, и снижая активные потери на ее передачу.
СХЕМА И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ
Типовая схема СТК для дуговых сталеплавильных печей
При использовании СТК на линиях электропередачи высокого напряжения его эффективность тем больше, чем выше точка его подключения. Оборудование СТК обычно выполняется на класс напряжения от 10 до 35 кВ и подключается либо через специальный понижающий трансформатор к шинам подстанции, либо к третичной обмотке подстанционного автотрансформатора.
Типовая схема СТК (ТРГ + ФКЦ) для линий электропередачи и ее регулировочная характеристика
Однолинейная схема УШРТ
УШРТ имеет следующие преимущества перед традиционными сетевыми СТК:
Общий вид УШРТ 220 кВ 60 Мвар на ПС Camama (Ангола)
НОМИНАЛЬНЫЕ ПАРАМЕТРЫ И ОТЛИЧИТЕЛЬНЫЕ ОСОБЕННОСТИ
ТИРИСТОРНЫЙ ВЕНТИЛЬ
Тиристорный вентиль является основным элементом СТК, регулирующим ток компенсирующих реакторов и, соответственно, мощность СТК. Он состоит из тиристорных модулей, каждый из которых является независимым электрическим и конструктивным узлом. Каждый модуль содержит несколько последовательно соединенных встречно-параллельных тиристоров, количество которых выбирается в соответствии с номинальным напряжением СТК. Каждая пара встречно-параллельных тиристоров имеет собственную ячейку управления и демпфирующую RC-цепочку. Ячейки управления получают световые сигналы управления и преобразуют их в электрические импульсы зажигания, обеспечивающие включение тиристоров. При появлении на тиристоре положительного напряжения ячейка управления формирует контрольные световые импульсы и передает их в шкаф управления по индивидуальному световоду. Ячейки управления также реализуют защиту тиристора от перенапряжений, выполненную на лавинных диодах (BOD) и обеспечивающую принудительное включение тиристора при отсутствии импульса зажигания. Охлаждение тиристоров и демпфирующих резисторов осуществляется с помощью деионизованной воды.
Используемые в вентилях тиристоры:
Широкий выбор тиристоров позволяет оптимизировать конструкцию вентиля для каждого конкретного применения. При токе ТРГ до 1000 А используются двунаправленные тиристоры (ВCT), что снижает габариты и стоимость вентиля. Для применений на линиях электропередачи используются фототиристоры (LTT). Управляемые непосредственно световым сигналом фототиристоры не требуют наличия питания на высоком потенциале и могут быть включены в любой требуемый момент независимо от величины приложенного напряжения. Тем самым обеспечивается возможность включения вентиля в диодном режиме на первой полуволне восстанавливающегося напряжения при включении линии на холостой ход и, соответственно, выполнение СТК функций шунтирующего реактора.
Тиристорный вентиль на напряжение 35 кВ и мощность 200 МВА
СВЕТОВАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ И КОНТРОЛЯ ТИРИСТОРОВ
Плата светового управления и контроля тиристорной ячейки
СИСТЕМА ВОДЯНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ ТИРИСТОРНЫХ ВЕНТИЛЕЙ
Обеспечивает высокоинтенсивный отвод тепла от элементов тиристорного вентиля: тиристоров, резисторов, насыщающихся реакторов
Осуществляет деионизацию воды до удельного сопротивления не ниже 2 МОм/см
Производит непрерывный контроль давления, расхода, температуры и проводимости воды
В зависимости от требований потребителя используются два основных типа системы охлаждения: «вода-воздух» и «вода-вода»
Размещается в стандартном шкафу с односторонним обслуживанием
Мощность отводимых потерь – до 300 кВт
Система водяного охлаждения
СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ И ЗАЩИТЫ
Система управления и защиты СТК состоит из шкафа управления (ШУ) и шкафа релейных защит (ШРЗ). ШРЗ выполнен на базе универсальных электронных программируемых реле.
Все функции ШУ реализуются в цифровой форме в плате специализированного контроллера (ПСК) при помощи высокоскоростного сигнального процессора, мощной логической матрицы и СОЗУ объемом 512 Мбайт. Сочетание сигнального процессора с логической матрицей позволяет повысить быстродействие системы управления за счет применения программно-аппаратных алгоритмов (например, для фазоимпульсного преобразования), упростить обмен информацией с внешними устройствами.
Система управления и защиты СТК
Функциональная схема шкафа управления
В системе управления реализованы:
Система содержит большой объем сервисного программного обеспечения, организованного в виде иерархического меню, которое выводится на дисплей. Главные ветви меню включают:
Для связи с АСУ объекта в системе управления предусмотрено 2 (два) Ethernet канала передачи данных. Реализован интерфейс SCADA, позволяющий визуализировать процессы, происходящие на объекте, и облегчить дистанционное управление и просмотр текущих параметров СТК. Опционально может быть использован канал удаленного управления (доступа) через интернет.
СИЛОВОЕ ОБОРУДОВАНИЕ СТК
РЕАКТОРЫ
Компенсирующие реакторы ТРГ
КОНДЕНСАТОРНЫЕ БАТАРЕИ
СИСТЕМНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
Каждое применение СТК требует проведения специальных технических и экономических расчетов: выбор номинальной мощности ТРГ, количества и мощности ФКЦ, расчет потерь, определение электрических воздействий на оборудование СТК в стационарных и переходных режимах, проверки каналов регулирования и алгоритмов работы системы управления и т.д.
АО Нидек АСИ ВЭИ имеет в своем распоряжении соответствующую техническую базу и следующие средства моделирования:
КОМПЛЕКТ ПОСТАВКИ СТК
Возможна поставка фильтрокомпенсирующих устройств (ФКУ) в виде набора коммутируемых выключателями ФКЦ. В объем поставки ФКУ входят:
КОМПОНОВКА ОБОРУДОВАНИЯ
Тиристорный вентиль, система охлаждения и система автоматического управления СТК размещаются в закрытом отапливаемом помещении. Компенсирующие реакторы и фильтры высших гармоник размещаются вне здания на открытой площадке.
ОПЫТ РАЗРАБОТКИ И ЭКСПЛУАТАЦИИ
повышение производительности ДСП.
Установка этих компенсаторов обеспечила возможность подключения указанных металлургических заводов к энергосистемам с крайне низкой мощностью короткого замыкания (2000 МВА) без ухудшения условий работы других энергопотребителей.
С 1989 года ТРГ мощностью 160 Мвар на напряжение 33 кВ с системой водяного охлаждения эксплуатируется на Волжском трубном заводе в составе СТК, поставленного по заказу фирмы «Italimpianti».
С 1991 г. ТРГ мощностью 109 Мвар на напряжение 33 кВ с системой водяного охлаждения эксплуатируется на Белорусском металлургическом заводе в составе СТК, поставленного по заказу фирмы «Voest Alpine» (Австрия).
В 1999 г. были смонтированы и введены в эксплуатацию два СТК 10 кВ 7,5 Мвар для прокатного стана Молдавского металлургического завода. Специально для этого объекта были разработаны тиристорные вентили с воздушным охлаждением и новый шкаф управления, включающий в себя, как систему автоматического управления СТК, так и световую систему управления и контроля тиристоров.
В 2000 г. на ММЗ была произведена замена старой системы управления СТК на дублированный комплект принципиально новой системы управления, информация о которой приведена выше.
За последние 5 лет нами были изготовлены и введены в эксплуатацию 19 СТК общей мощностью 1170 Мвар, еще 8 СТК находятся в производстве или монтаже – см. наш референс-лист.
Тиристорный вентиль что это
В настоящее время основной нагрузкой электрических сетей являются асинхронные двигатели, различные распределительные или преобразовательные трансформаторы, полупроводниковые преобразовательные аппараты и т.д.
Подобная нагрузка в процессе работы является потребителем реактивной мощности, которая, совершая колебания между источником, расходуется на создание электромагнитных полей и создает дополнительную загрузку оборудования для производства, передачи и распределения электроэнергии. Резкопеременный характер потребления электроэнергии сопровождается колебаниями напряжения в узлах нагрузки.
Использование нагрузки с нелинейной вольт-амперной характеристикой сопровождается генерацией несинусоидальных искажений в питающую сеть, негативно влияющих на все электрооборудование энергетического объекта:
НАЗНАЧЕНИЕ
Статические тиристорные компенсаторы реактивной мощности являются одним из устройств, обеспечивающих повышение эффективности работы и энергосбережения систем передачи и распределения электрической энергии.
СТК разрабатываются в двух основных модификациях: для промышленных установок типа дуговых сталеплавильных печей (ДСП) и тиристорных приводов прокатных станов и для высоковольтных линий электропередачи. Также есть специальное исполнение СТК для применения на тяговых подстанциях электрифицированных железных дорог.
Эффективность применения СТК, в зависимости от объекта установки, определяется реализацией ими следующих функций:
Для промышленных установок и тяговых подстанций железных дорог
Для дуговых сталеплавильных печей
Для линий электропередачи
Помимо обеспечения требований действующих стандартов по основным показателям качества электроэнергии СТК осуществляют разгрузку сетевых трансформаторов и питающих линий электропередачи от реактивной мощности и, тем самым, снижают в них величину действующего тока и активных потерь, что позволяет увеличить пропускную способность без установки нового оборудования. Срок окупаемости СТК составляет от 1 до 3 лет.
Таким образом, по аналогии с охраной окружающей среды, СТК являются своего рода «очистными системами» для энергетической среды, восстанавливая качество электроэнергии, испорченное потребителями, и снижая активные потери на ее передачу.
Номинальное напряжение, кВ
Генерируемая мощность, Мвар
Мощность регу- лятора, Мвар
Диапазон регули- рования, Мвар
СТ 2347-1917- 01-ТОО-4-074-
Схема и принцип действия
Основная схемная конфигурация СТК включает в себя набор фильтров высших гармоник — фильтро-компенсирующих цепей (ФКЦ), постоянно подключенных к сети или коммутируемых выключателями, и включенные параллельно им в треугольник три фазы управляемых тиристорами реакторов — тиристорно-реакторная группа (ТРГ). Угол зажигания тиристоров ТРГ может быстро изменяться таким образом, чтобы ток в реакторе отслеживал ток нагрузки или реактивную мощность в энергосистеме.
Система управления и защиты СТК обеспечивает быструю компенсацию реактивной мощности нагрузки и поддержание регулируемого параметра в соответствии с заданной установкой, выполняет защиту оборудования СТК, контроль и сигнализацию отказов и может быть модифицирована под конкретные требования Заказчика. Время реакции системы регулирования СТК на изменение регулируемого параметра составляет 5 мс для нагрузок типа ДСП и 25-100 мс для общепромышленных нагрузок и сетевых подстанций.
СТК имеет уровень автоматизации, обеспечивающий его работу без постоянного присутствия персонала. Управление СТК осуществляется от пульта дистанционного управления (ПДУ СТК) или от АСУ ТП через внешний интерфейс.
Номинальная мощность и схема СТК выбирается для конкретного объекта в зависимости от параметров системы электроснабжения, вида и мощности компенсируемой нагрузки и требований по качеству электроэнергии и выполняемым функциям. Для каждого отдельного случая производится расчет требуемой мощности ТРГ и ФКЦ и определяется их состав.
При использовании СТК на линиях электропередачи высокого напряжения его эффективность тем больше, чем выше точка его подключения. Оборудование СТК обычно выполняется на класс напряжения от 10 до 35 кВ и подключается либо через специальный понижающий трансформатор к шинам подстанции, либо к третичной обмотке подстанционного автотрансформатора.
Наибольший эффект имеет место при подключении СТК непосредственно к линии электропередачи или шинам ВН подстанции — при этом он может реализовывать ряд системных функций, связанных с режимами работы линии электропередачи. В этом случае целесообразным является использование т.н. управляемого шунтирующего реактора трансформаторного типа (УШРТ), объединяющего в себе и понижающий трансформатор, и ТРГ. Обмотка высокого напряжения УШРТ (сетевая — СО) выполняется на требуемый класс напряжения, а вторичная обмотка управления (ОУ) имеет 100% магнитную связь с СО и выполняется на класс напряжения, оптимальный для загрузки тиристорного вентиля (ВТВ), включенного параллельно ОУ.
КОМПЛЕКТ ПОСТАВКИ СТК
Тиристорный вентиль (ТВ)
ТВ является основным элементом СТК, при помощи которого осуществляется регулирование тока компенсирующих реакторов и генерируемая в сеть реактивная мощность. ТВ состоит из тиристорных модулей, являющихся независимыми конструктивными узлами. Каждый такой модуль содержит группу соединенных по встречно-параллельной схеме тиристоров, количество которых определяется номинальным током и номинальным напряжением СТК. Каждая пара тиристоров имеет обособленную цепь управления и демпфирующую цепочку. Световой сигнал управления подается на управляющую ячейку, которая преобразовывает их в электрический сигнал, обеспечивающий включение тиристоров. Контроль за состоянием тиристоров так же осуществляется по световому каналу связи. В ячейках управления реализована защита тиристоров от недопустимых перегрузок.
Оптическая система управления и контроля тиристоров
Выполняет функции передачи управляющего сигнала к тиристорам и передачи сигнала контроля состояния тиристоров в обратном направлении, что обеспечивает быстродействующую сигнализацию о неисправности тиристоров или их ячеек управления. Имеет высокую надежность и устойчивость к электромагнитным помехам.
Система охлаждения (СО) тиристорных вентилей
СО обеспечивает отвод тепла от силовых элементов тиристорного вентиля для обеспечения заданного диапазона температуры в процессе эксплуатации. Системы охлаждения подразделяются на воздушные и водяные в зависимости от используемого теплоносителя.
Система водяного охлаждения ТВ:
Система управления и защиты
Система управления и защиты СТК состоит из шкафа управления (ШУ) и шкафа релейной защиты (ШРЗ), который выполнен на базе программируемых электронных реле. Все функции ШУ реализуются в цифровом формате в плате контроллера (ПСК) при помощи высокоскоростного сигнального процессора. Высокое быстродействие системы управления достигается за счет применения программно- аппаратных алгоритмов. Система управления имеет повышенную помехозащищиенность.
В системе управления реализованы:
Реакторы СТК
СТК комплектуется фильтровыми и компенсирующими реакторами. Фильтровые реакторы подключаются последовательно батарее конденсаторов и образуют ФКЦ, настроенную на определенную резонансную частоту. Компенсирующие реакторы подключаются параллельно ФКЦ и последовательно с ТВ, образуя ТРГ для быстродействующего регулирования генерируемой в сеть реактивной мощности.
В производстве СТК используются сухие реакторы с воздушным сердечником для наружной установки.
Статический тиристорный компенсатор реактивной мощности модульного исполнения с системой воздушного охлаждения.
Конденсаторные батареи КБ
При производстве КБ для СТК используются конденсаторы мощностью до 1000 кВАр напряжением до 14 кВ, наружной установки, с встроенными секционными плавкими предохранителями и разрядными резисторами. КБ поставляются комплектно в виде блоков конденсаторов с необходимым набором изоляторов и ошиновки и трансформатором тока небалансной защиты.
ЭФФЕКТ ОТ ВНЕДРЕНИЯ СТК
КОМПОНОВКА ОБОРУДОВАНИЯ
Тиристорный вентиль, система охлаждения и система автоматического управления СТК размещаются в помещении с автоматической поддержкой микроклимата. Компенсирующие реакторы и ФКЦ размещаются на открытом воздухе.