PE2 Kolej Archiwum

PE2 Kolej Archiwum

  W niemieckojęzycznych krajach Europy stosuje się trakcje kolejową 15 KV, 16 2/3 Hz. Energie elektryczną do ogólnokrajowej jednofazowej kolejowej sieci 110KV 16 2/3 Hz wytwarza się w hydroelektrowniach i dedykowanych blokach elektrowni cieplnych o średniej mocy. Takiej dziwnej sieci energetycznej nie ma w innych krajach.

Sieć ta jest jednak głównie zasilana z przetwornic maszynowych mocy 25-120 MW. Trójfazowy silnik synchroniczny jest zasilany z transformatora dołączonego do państwowej sieci energetycznej 110 KV. Napędza on poprzez sprzęgło zapobiegające przenoszeniu drgań o częstotliwości 33 1/3 Hz jednofazowy generator synchroniczny za którym dano podwyższający transformator 110 KV, 16 2/3 Hz. Podstacje kolejowe mają tylko transformator obniżający 110-15 KV.

Eksperymenty czynione z tyrystorowymi cyklokonwerterami wypadły negatywnie.

W 1995 roku ABB oddała do użytku w Bremen innowacyjną kolejową stacje zasilającą mocy 100 MW w której w inverterach użyto nowoczesnych tyrystorów wyłączalnych GTO. Szkodliwą indukcyjność połączenia drivera bramki GTO z GTO zmniejszono 100 x krotnie czyli w gruncie rzeczy zintegrowano GTO z driverem co pozwoliło znacznie polepszyć parametry dynamiczne GTO i zmniejszyć straty dynamiczne w nich i łączyć GTO szeregowo.

Sieciowy transformator mocy Yydd zasila uzwojeniami yd dwa szeregowo połączone prostowniki ( nie pracują w modzie falowników) celem skasowania harmonicznych 5 i 7. Napięcie stałe wynosi 10.5 KV

Do kolejnego uzwojenia d transformatora dołącza się według potrzeb i możliwości filtry LC harmonicznych 5/13 i 11/23 oraz dławiki konsumujące nadmiarowa moc bierną wytwarzaną filtrami a dokładniej ich kondensatorami.

Układ wytwarzający sygnały sterowania fazowego do mostków tyrystorowych prostowników stosuje cyfrową pętle synchronizacji fazowej PLL aby zmniejszyć wpływ zakłóceń z sieci energetycznej na prawidłową komutacje tyrystorów. Mimo tego przy mocnej anomalii sieciowej tyrystory mostków prostowników są wyłączane kondensatorem komutacyjnym 5 załączanymi tyrystorami 5. Układ sterujący, detekujący także anomalie wykonano na wydajnych mikrokontrolerach 16 bitowych.

Pulsacje prądu z prostownika wygładzają dławiki Ld. Wyjściowy konwerter jednofazowy pobiera z napięcia stałego moc z podwójną częstotliwością w stosunku do częstotliwości wyjściowej czyli 33 1/3 Hz. Aby te pulsacje mocy nie przedostawały się do zasilającej sieci energetycznej z głównym kondensatorem filtru 7 Cf dano dławik Lf nastrojone na częstotliwość 33 1/3 Hz. Dyssypatywny filtr górnoprzepustowy 8 tłumi inne harmoniczne zarówno od strony sieci jak i konwertera. Gdy sieć kolejowa wyjątkowo zwraca energie podniesieniu napięcia stałego przeciwdziała się dołączeniem rezystorów mocy łącznikiem GTO 10.

Każdy z 12 jednofazowych mostków wyjściowych z tyrystorami GTO ma osobny transformator. Ich uzwojenia wtórne są połączone szeregowo dla sumowania napięć. Mostki są sterowane z modulacją PWM i przełączają trzy razy częściej niż częstotliwość wyjściowa czyli zaledwie z częstotliwością 50 Hz. Straty dynamiczne w GTO są więc małe. Sterowanie PWM jest takie że napięcia z mostków są dodatkowo przesunięte w fazie tak że następuje kasowanie harmonicznych i zniekształcenia napięcia wyjściowego 121 kV 16 2/3 Hz są mniejsze od 0.5% i to bez żadnych kłopotliwych filtrów.

Większość urządzeń mieści się w dwukondygnacyjnym budynku o wymiarze 54 x 15 metrów.

Przewidziano aż trzy linie  - strategie zabezpieczeń i obrony. Cena stacji jest nieznana ale raczej nie jest niska.

Maszynową przetwornicę Siemens z napędzającym silnikiem asynchronicznym pierścieniowym w stacji Hamburg – Harburg uzupełniono o inverter zbudowany na GTO zasilający silnik asynchroniczny pierścieniowy od strony wirnika z częstotliwością +-2.5Hz aby utrzymać na stałym poziomie wyjściową częstotliwość 16 2/3 Hz.

Napięcia do dwóch równolegle połączonych dławikami wyrównawczymi mostkowych prostowników – falowników podano z uzwojeń sieciowego 110 KV transformatora Dyd aby wyeliminować dominującą 5 i 7 harmoniczną. Z uwagi na ograniczoną moc nie zastosowano filtrów harmonicznych. Awaryjnie może do obwodu prądu stałego być załączony przez GTO rezystor dużej mocy pochłaniający moc. Wyjścia trzech trójfazowych inverterów zsumowano dławikami i podano na wirnik silnika asynchronicznego. Moc inwerterów wynosi tylko 5% mocy stacji.

Na czas rozruchu i awaryjnie wirnik silnika asynchronicznego może być zwierany antyrównoległymi tyrystorami. Połowiczny rozruch można przeprowadzić silnikiem zwartym od strony statora i zasilanym od strony rotora. Prąd rozruchu pobierany z sieci po rozruchu połowicznym jest dużo mniejszy.

Oczywiście zastosowano środki podnoszące niezawodność funkcjonowania stacji zasilającej.

W konstrukcji zastosowano sterowniki Simatic S5 i moduły procesorów PM-4 oraz regulatory cyfrowe Simadyn D i moduły procesorów EP 3.