Вентильный преобразователь тока

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК ПАТЕНТУ Союз Советских Социалистических Республик(23 Приоритет Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытийДата опубликования описания 30,10.80 ИностранцыКурт 113 иллинг, Манфред Шраудольф, Герд Тиле, Юрген Вебер(72) Авторы изобретения Иностранная фирма "Сименс АГ" (ФРГ)(54) ВЕНТИЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ТОКА Изобретение относится к области электротехники, в частности к вентильным преобразователям тока. высокого напряжения, применяемым, напри мер, в установках для передачи постоянного тока высокого напряжения.Известны вентильные преобразователи тока, содержащие группы последовательно соединенных тиристоров, 10 к которым электрически присоединены блоки управления, и монтажные блоки (1 .Такие вентильные преобразователи тока имеют воздушную или масляную изоляцию, воздушное или жидкостное охлаждение и применяются в выпрямителях высоких напряжений, например, в установках для передачи постоянного тока высокого напряжения. 20При эксплуатации таких установок в целях экономии места требуются конструкции возможно меньших размеров. Это требование может быть выполнено только посредством полностью 25 герметизированных вентилей с заземленным корпусом, для чего воздушная изоляция непригодна. Применение вентилей с масляным охлаждением и с масляной изоляцией, при которыхгруп пы тиристоров или тиристорных столбов вентиля вставлены в бачок с масляным охлаждением, в целях безопаст ности часто исключается, так как масло является горочим веществом. Кроме того, возникают трудности при ремонте, так как для этого необходимо открывать и опоражнивать бачок, вследствие чего работа всей установки должна приостанавливаться.Наиболее близким техническим решением к изобретению является вентильный преобразователь тока, содержащий модулй, состЬящие из групп последовательно соединенных в столб таблеточных тиристоров, которые вместе с соответствующими блоками управления и по Крайней мере частью коммутационных блоков окружены размещенным на электроизолирующих опорах изогнутым металлическим экраном, электрически с ним соединены и помещены в герметично замкнутую и заполненную под давлением газов 5 Г, цилиндрическую напорную трубу, в которую герметично введен электрический вывод 2,Известный вентильный преобразователь тока может иметь компактную конструкцию и удовлетворяет требования безопасности, однако его монтажи техническое обслуживание затруднены. Для технического обслуживания такого преобразователя тока, напримердпя замены вышедшего из строя тиристора, должен быть разгерметизированвесь преобразователь, открыта напорная труба и извлечен трубчатый вкладыш, на котором крепятся модули, чтобы открыть доступ к тиристорным группам. Это техническое обслуживаниетребует много времени и тем самымдлйтельных простоев, которые при преобразователях тока, предназначенныхдля высоковольтных выпрямительныхустановок, нежелательны. Поэтому воизбежание больших рабочих потерь известный преобразователь рассчитывается на большее число тиристоров, чтобы не было надобности принимать мерыпри каждом отказе тиристора. Этосвязано с большими экономическимизатратами и, кроме того, приводит ктому, что конструктивные размеры преобразователя бывают большими, чемэто необходимо. 15 20 25Цель изобретения - упрощение монтажа и технического обслуживания.Цель достигается тем, что в вентильном преобразователе тока, содержащем модули, состоящие из групп последовательно соединенных в столб таблеточных тиристоров, которые вместес соответствующими блоками управленияи по крайней мере частью коммутацион-.ных блоков окружены размещенным наэлектроизолирующих опорах изогнутымметаллическим .экраном, электрическис ним соедийены и помещены в герметично 3.амкнутую и заполненную под давлением газом 5 Г цилиндрическую напорную трубу, в которую герметично вве ден-электрический вывод, каждый модульпомещен в отдельную напорнуютрубу, имеющую по крайней мере с одной сторонй элемейт для разъемногомеханического соединения с соседней 45напорной трубой, и закрытую с двухсторон переборкой из электроизолирующего материала, через которую герметично введен электрический вывод,соединенный разъемно с электрическимвыводом, введенным через переборкусоседней напорной трубы, при этом группы гирйстороВ вместе с размещенными между ними радиаторами, частично являющимися .токоподводами, удерживаются в столбе а помощью пружины. Кроме того, каждая напорная трубасоединена с соседней напорной трубой с помощью трубообразного патрубка, "герметично и разъемно соединенного с 60указанной трубой и закрытого переборкой из электроизолирующего материала.В стенке патрубка выполнено гер "Йетйчно закрываемОе монтажноеотверстие. По крайней мере к одному из трубообразных патрубков присоединен узловойопорный элементУзловой элемент выполнен в виде трубообразной детали с выступами, через которую проходит электрический вывод и в стенке которой выполнено герметично закрываемое отверстие. Цель достигается также тем, что вентильный преобразователь тока содержит модули, расположенные этажами . в двух вертикальных столбах, напорные трубы которых объединены соединительной трубкой, заполненной газом 5 Г и в которой проходИт электрический вывод.Соединительная трубка выполнена О - образной.В соединительной трубке расположена вентильная дроссельная секция.Цель достигается, кроме того, тем, что между узловыми элементами следующих друг за другом этажей установлены трубообразные опорные элементы,Некоторые из опорных элементов заполнены под давлением газа 5 Г и содержат компенсирующий конденсатор.Кроме того, напорные трубы модулей разных этажей выполнены различного диаметра.На фиг. 1 показан разрез одного модуля вентиля преобразователя тока; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 схематически изображен вентиль и;Феобразователя тока, вид сбоку на фиг. 4 в разрезе показана соединительная трубка, выполненная в виде модуля; на фиг, 5 дан в разрезе вариант выполнения опорного элемента в виде модуля; на фиг, б и 7 схематически показан другой вариант конструкции вентильного преобразователя тока, соответственно виды сбоку и спереди.Вентильный преобразователь тока содержит по крайней мере один модуль 1, который состоит из по меньшей мере одной группы 2 последовательно соединенных таблеточных тиристоров 3, к каждой стороне которых примыкает радиатор 4. В данном примере выполнения тиристорный столб охлаждается с помощью жидкости, которая подводится по трубопроводу 5. В других вариантах выполнения могут применяться также радиаторы с газовым охлаждением, при этом в качестве газообразной охлаждающей среды используется газ 5 Еб,Установленные друг над другом таблеточные тирйсторы 3 и радиаторы 4 закреплены изолятором б и нажимной деталью 7 в раме 8. Радиаторы 4 на обоих концах тиристорного столба присоединены проводом 9 к электрическому выводу 10. В этом примере выполнения все радиаторы 4 служат для прохождения электрического тока и все таблеточные тиристоры 3 включены последо10 20 25 ЗО 35 45 50 вательно, Каждый тиристор 3 соединен с относящимися к нему управляющим и коммутационным блокам 11. Электрические соединительные провода между таблеточными тиристорами 3 и управляющими и коммутационными блоками11 на Фиг. 1 для наглядности.не указаны. Тиристорные столбы и блоки 11 окружены осесимметричным металлическим экраном 12, который в данном исполнении является цилиндром. На обоих концах металлического экрана 12 закреплены опорными пластинами 13 из изоляционного материала электрические соединительные элементы 10. Через одну из опорных пластин 13 проходит также трубопровод 5 для охлаждающей среды. Опорные пластины 13 могут быть изготовлены, например, из литьевой смолы. Металлический экран 12 имеет потенциал, который приблизительно соответствует среднему потенциалу тиристорного столба. Электрический вывод, по которому этот потенциал направляется к металлическому экрану 12, на Фиг. 1 также не показан. В отличие от примера выполнения, приведенного на Фиг. 1, для каждого таблеточного тиристора 3 и соответствующих управляющих и коммутационных блоков 11 может быть предусмотрен специальный металлический экран, при этом экраны располагаются на расстоянии друг от друга. При таких отдельных металлических экранах каждый экран имеет потенциал данного таблеточного тиристора. Вследствие этого диаметр металлического,экрана и размеры конструкции могут быть еще более уменьшены,для чего однако, необходимо значительно большее количество деталей.Посредством патрубков 14, которыемогут быть, например, патрубками излитьевой смолы, металлический экран12 закреплен в цилиндрической напор-ной трубе 15, которую изготавливаютиз стали, алюминия или меди. Напорная труба 15 наполнена газом 5 Еб изаземлена. Напорная труба 15 в виде цилиндра обладает благоприятной геометрией для принятия внутреннего давления модуля 1 и может быть рассчита"на с относительно небольшой толщиной стенок для давления от 2 до 3 бар, с которыми вводится в модуль 1 изолирующий газ 5 ГНа своих обоих концах напорный цилиндр 15 соединен кольцевым Фланцем 16 с кольцевым Фланцем 17 патрубка 18, при этом между кольцевыми Фланцами 16 и 17 обеспечено герметичное соединение. В этом примере выполнения показаны две различные конструкции патрубков 18. Патрубок 18 на левом конце напорной трубы 15 служиттолько для перегородки напорной трубы и для механического и электричес"кого соединения с соседней напорной Втрубой. Патрубок 18 на правом конценапорной трубы 15 выполнен, кроме того, в качестве узлового элемента имеханической опорной детали.Трубообразный патрубок 18 перекрытперегородкой 19, выполненной в видеплоской пластины из электроизоляцион- .ного материала, например из литьевойсмолы, и расположенной в основномперпендикулярно и осесимметрично ксредней оси модуля 1. Через перегородкУ 19 газонепроницаемо проходитсоединительный элемент 20. На патрубке 18 закреплен патрубок 18 следующегомодуля 1. Оба патрубка 18 могутбыть изготовлены из одного куска илимогут соединяться друг с другом винтами через кольцевой фланец, Разъемное электрическое соединение межцудвумя соединительными элементами 10и 20 осуществляется муФтой 21, которая передвигается вручную в направлении стрелки 22. Этим обеспечиваетсялегкоразъединяемое штепсельное соединение между электрическими соединительными элементами 10 и 20. Это штепсельное соединение может быть доступно через монтажное отверстие 23, выполненное в стенке патрубка 18 и.герметически закрываемое крышкой 24,Если такой модуль 1 должен быть,например, из-за деФекта вынут и заменен, следует дегазировать .толькодеФектный модуль 1, открыть монтажныеотверстия 23 в обоих патрубках 18,штепсельные соединения открыть посредством перемещения муФты 21 и затемразъединить винтовое соединение междукольцевыми Фланцами 16 и .17. Послеэтого модуль 1 может быть вынут и заменен другим, исправным модулем в течение нескольких минут. Оснащенныйтакими модулями вентиль преобразователя токалегко доступен для обслуживания,Находящийся на правой стороне напорного цилиндра 15 патрубок 18 является в той части, которая обращенак напорной трубе, идентичным патрубку18, находящемуся с левой стороны.Кроме того, этот патрубок 18 выполнен в качестве механической опоры.В устройстве предусмотрен узловойэлемент 25. Патрубок 18 имеет трубообразный выступ 26, который переходитв патрубок 18 следующего модуля 1.Выступ 26 снабжен двумя воронкообраэными соединительными штуцерами 27,которые. могут быть соединены винтамипосредством кольцевого Фланца 28 сдругими модулями, оснащенными напорными трубами. При этом, в отличие отданного примера выполнения, в каждомсоединительном штуцере 27 может бытьпредусмотрена отдельная перемычка,которая герметично закрывает узловойэлемент, Электрический соединительный элемент 20 через трубообразныйвыступ 26 проходит через перегородку19 патрубка 18 . Проходящая через трубоббразный выступ 26 часть соединительного элемента 20 оснащена присоединительными элементами 29, доступ Ккоторым возможен через монтажное отверстие 30 в стенке трубообразноговыстуйа 26 и которые могут быть соединены, например, штепсельным соединением с электросоединительным элементом другого модуля. Монтажное отверстие 30 закрывается также герметичнокрышкой 31.30Воронкообразные штуцеры 27 могутсоединяться винтами с напорными трубами модулей, в которых установленыдругие электрическиедетали конструкции, например секции вентильных дросселей или компенсирующие конденсаторы, или они могут быть соединены винтами с трубами в виде опорных элементов, служащих для механической опорывентиля преобразователя тока, 20В патрубках предусмотрено по одному отверстию для впуска или удалениягаза, по одному отверстию для впуска32 и отвода 33 охлаждающей среды, атакже отверстие 34, через котороепроходит светопровод 35, по которомуподаются сигнальные импульсы коммутационным блоком 11. Конструктивноевыполнение впускных 32 и выпускных34 отверстий и соединения между отверстиями для впуска 32 и отвода 33"охлаждающей среды и трубопровода 5для охлаждающей среды на фиг. 1 непоказаны. По той же причине светопровод 35 изображен только схематичес-,ки.35Трубопроводы 36 для охлаждающей" установлены в патрубках 14 из литьевой смолы и,проходить через стенкинапорной трубы 15, Как трубопровод36, так и светопровод 37 могут вводиться в патрубки 14 спиралеобразнов целях удлинения изоляционного пути,Если будут применяться патрубки 14из литьевой смолы, то светопроводы37 могут быть залиты в патрубок 14 4и через окно в напорном цилиндре 15могут быть доступными ойтически,В варианте конструкции, показанномна фиг. 2, металлический зкрай 12 5 Осоставлен из двух чаш 38 и 39, имеющих в основном полукруглое поперечное сечение, Находящиеся друг противдруга концы 40 чаш 38 и 39 согнутывнутрь для получения хорошего распределения поля в напорной трубе 15. При55такой конструкции тиристорнйе столбы,управляющие и коммутационные блоки11, которые находятся в металлическомэкране 12, легко доступны. Если ме-, -таллический экран 12 будет вынут из 60напорной трубы 15, то чашу 38 нужнобудет только снять или приподнять длятого, чтобы блоки 11 и тиристорныестолбы оказались доступными для ос"моТра, Этйм еще более повышается. удобство ремонта и обслуживания модуля.В данном примере выполнения два тиристорных столба 2 расположены в чаше 39 рядом друг с другом. В той же чаше 39 находятся монтажные сопротивления 41 и монтажные конденсаторы 42, При этом сопротивления 41 охлаждаютса охлаждающей средой трубопровода 4. В чаше 38 расположены управляющие и коммутационные блоки 11. (Штыри, посредством которыУф в чашах 38 и 39 закреплены тиристорные столбы, а также монтажные сопротивления 41,монтажные конденсаторы 42 и блоки 11, на фиг. 2 не показаны).В вентилЬНомпреобразователе, по- казанном на фиг, 3, в четырех этажах 43-46 расположены в прямоугольной форме два модуля 1, которые электрически последовательно соединены, Оба модуля 1 в каждом этаже от 43 до 46 механически и электрически соединены друг с другом узловым опорным элементом 25. Между этажами 43-46 установлены соединительные трубки 47 и опбрные элементы 48 и 49. При этом соединительные трубки 47 и опорные элементы 48 выполнены в виде напорных труб, оснащенных элементами кон-. струкции и заполненных газом 5 Г Опорные элементы 49 служат только для механического соединения и опоры. При таком устройстве может быть получка самонесущая конструкция, которая не требует дополнительного каркаса. Однако дополнительный каркас может быть предусмотрен и неподвижно соединен с узловыми элементами 25 в виде механических опор вентильной конструкцииВ соединительных трубках 47 установлены вентильные дроссельные секции, необходимые для монтажа И-,Е укаэанного вентиля преобразователя тока. Эти вентильные дроссельные секции могут быть вставлены также и в модуль,1. В этом случае в соединительные трубки 47 проводят только герметизированный электрический соединительный провод, который последовательно включает этажи 43-46. Эаполненная вентильными дроссельными секциями соединительная трубка 47 может быть также выполнена в ниде модуля, Такой модуль показан в разрезе на фиг. 4. Оснащенные ферромагнитными сердечниками 50 обмотки 51 секционированных дросселей установлены вместе с сопротивлениями 52, охлаждаемыми с помощью радиаторов 53, в металлическом экране 54, который может быть вы-. полнен аналогично металлическому экрану 12 (фиг. 2).Радиаторы 53 заполнены охлаждающей средой через трубопровод 55, Трубопровод 55 для охлаждающей среды проходит через одну из опорных пластин 56 из изоляционного материала, которыминад другом в этажах 43-46, однако модули следующих друг за другом этажей прилегают один к другому, что увеличйвает устойчивость вентиля статического преобразователя тока. Соединительные трубки 47, в которых также и в этом примере выполнения, установлены вентильные дроссельные секции, согнуты Ц -образно и наполнены под давлением газом 5 Еь . Эти О-образно согнутые соединительные трубки 47. непосредственно соединены с,модулями 1 разъемно и герметично. Между обоими модулями 1 каждого этажа также установлен узловой элемент 25, боковые воронкообразные соединительные штуцеры 27 которого отходят в сторону и соединены винтами с соединительнымиштуцерами 67 опорных элементов, наполненных газом 5 Р, или модулей 48, которые тоже согнуты О-образно и в которых находятся компенсирующие кон-. денсаторы, Эти модули 48 расположены сбоку от установленнйх друг на друге модулей 1 (фиг. 7). Крометого, напорные трубки модулей в этажах 43-46 имеют разные диаметры,которые соответствуют потенциалу тиристорных стол бов в соответствующих этажах. При этом в данном примере выполнения предусмотрено, чтобы присоединение высокого напряжения к модулю было проведено в этаже 43. уменьшающийся диаметр трубок в последующих этажах 44-46 соответствует потенциалу внутри вентиля, который уменьшается относительно потенциала земли.Предлагаемый вентильный преобразователь тока состоит из унифицированных элементов-модулей, которые по отдельности помещены в кожухе и заполненй изолирующим газом, Этим обеспечивается полное заземление и герметичность конструкции вентиля статического преобразователя тока при не" больших размерах. Аварии, вызванные применением горючих материалов, исключаются, и вентиль статического преобразователя тока легко доступен для ремонта и обслуживания, так как при ремонте не нужно дегазировать всю установку, а только модуль, который должен быть для этого удален из установки. Такая замена модулей требует мало времени (несколько минут), поэтому исключаются длительные перерывы в работе. Кроме того, вентильный пре-, образователь тока состоит из немногих деталей, которые изготовляются и могут Применяться в различных конструк-, циях преобразователя тока, поэтому изготовление вентильного преобразователя тока относительно дешево. 1. Вентильный преобразователь тока,содержащий модули, состоящие из групппоследовательно соединенных в столб цилиндрический металлический экран54 замыкается с обеих сторон, В этихопорных пластинах 56 находятся такжеэлектрические соединительные элемен-ты 57, соединенные проводом 58 с обмотками 51 дросселя. Металлическийэкран 54 закреплен электрически изо 5лированными опорными стойками 59 в,металлическом напорном цилиндре 60,заполненном газом 5 Г,., который черезкольцевой фланец 61 может быть соединен винтами с воронкообразнымисоединительными штуцерами 27 узло-вого элемента 25.Модуль может быть перекрыт с обеихсторон перемычкой, через которую герметически проходят электрические сое- .5динительные элементы 57.- В опорных элементах 48 установленыкомпенсирующие конденсаторы (фиг. 6),предназначенные для регулированияпотенциала между этажами 43-46 вентиля преобразователя тока, Опорный элемент 47 может быть выполнен как модуль, Пример выполнения такого модуляприведен на фиг. 5 в разрезе. Конденсатор 62, оснащенный электрическимисоединительными элементами 63, закреплен электрически изолированнымиопорными стойками 64 в напорной трубе 65 из металла, наполненной газом5 Г, которая также может быть соединена винтами через кольцевой фланецбб с воронкообразными соединительными штуцерами 27 узлового элемента 25.Напорная труба может также иметь наобеих сторонах перемычки.35С описанными выше модулями можетбыть смонтирован вентиль преобразователя тока из унифицированных узлов (фиг. 3), состоящих из небольшого числа деталей разных типов, изготовленных серийно. С такими модулями могут быть осуществлены разныеконструкции вентилей, что значительноудешевляет изготовление этих вентилей.Кроме того, с этими модулями получаются полностью герметичные, заземленные 45вентили небольших размеров, которыемогут применяться надежно и безопасно и, кроме того, они легко доступныдля ремонта и обслуживания. Модули1 могут быть заменены в любое времябез дегазации всей установки, Заменамодулей 47 и 48 может также производиться без затруднений, При этом следует отметить, что модули 47 и 48также могут дегазироваться в отдельности, когда в узловых элементах 25в воронкообразных соединительныхштуцерах 27 имеются междуфазные перегородки, Кроме того, объем газа утакого вентиля статического преобразователя тока незначителен, так как 60напорные трубы должны иметь толькотакой диаметр, который соответствуетпотенциалу вентиля,у вентиля показанного на Фиг. 6и 7,модули 1 также расположены друг Формула изобретениятаблеточных тиристоров, которые вместе с соответствующими блоками управления и по крайней мере частью коммутационных блоков окружены размещенным на электроизолирующей опоре изогнутым металлическим экраном электрически , с ним соединены и помещены в герметично замкнутую и заполненную под давлением газом 5 Е, цилиндрическую напорную трубу, в которую герметично введен электрический вывод, о т л и ч а ю -щи й с я тем, что, с целью упрощения монтажа и технического обслуживания, каждый модуль помещен в отдельную напорную трубу, имеющую по крайней мере с одной стороны элементы для разъемного механического соединения 15с соседней напорной трубой, и закрытую с двух сторон переборкой из электроизолирующего материала, через которую герметично введен электрическийвывод, соединенный разъемно с злект- Щ рическим выводом,.введенным через переборку соседней напорной трубы, приэтом группы тиристоров вместе с размещенными между ними радиаторами, частично являющимися токоподводами, удерживаются в столбе с помощью пружины.2. Преобразователь тока по п. 1,о т л и ч а ю щ и й с я тем, чтокаждая напорная труба соединена ссоседней напорной трубой с помощьютрубообразного патрубка, герметичнои разъемно, соединенного с указаннойтрубой и закрытого переборкой изэлектроизолирующего. материала.3. Преобразователь тока по пп.1 и,2, о т л и ч а ю щ и й с.я тем, что З 5 в стенке патрубка выполнено герметично закрываемое монтажное отверстие.4. Преобразователь тока, по пп 1-3, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что по крайней мере к одному из трубооб- ДО разных патрубков присоединен узловой опорный элемент.5. Преобразователь тока по пп. 1-4, . о т л и ч а ю щ и й с я тем, чтолс77 16 узловой элемент выполнен в виде трубообразной детали с выстУпами, черезкоторую проходит электрический выводи в стенке которой выпОлнено герметично закрываемое отверстие.6. Преобразователь тока по пп 1-5,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что онсодержит модули, расположенные этажами в двух вертикальных столбах, напорные трубы которых объединены соедичительной трубкой, заполненной газом 5 Гь и в которой проходит электрический вывод,7. Преобразователь тока по пп 1-6,о т л и ч а ю щ и й с я тем, чтосоединительная трубка выполнена О-образной.8, Преобразователь тока по и 1-7,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что всоединительной трубке расположенавентильная. дроссельная секция.,9, Преобразователь тока иопп. 1-8, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что между узловыми элементамиследующих друг за другом этажей установлены трубообразные опорные элементы,10. Преббразователь тока, поип. 1-9, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что некоторые из опорных элементов заполнены под давлением газом 5 Р и содержат компенсирующийконденсатор.11. Преобразователь тока по пв. 1-10, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что напорные трубы модулей разных этажей выполнены различного диаметра.Источники инФормации,принятые во внимание при экспертизе1, Заявка ФРГ М 5 б 3403,кл. 21 9 11/02, опублик. 1974. 2. Патент СШР Р 3398359,кл. 321-5, опублик. 196,8 (прототип),/5 иал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 7810/71 ВНИИПИ Гос по делам 3035, Москв