Устройства электропитания микропроцессорных систем ЖАТ

Устройства электропитания микропроцессорных комплексов (УЭП-МПК) предназначены для электроснабжения микропроцессорных и релейно-процессорных систем электрической централизации на базе микроЭВМ и программируемых контроллерах МПЦ-МПК и ЭЦ-МПК. В состав УЭП-МПК включена система бесперебойного питания, обеспечивающая непрерывность работы ЭЦ станции при перерывах и переключениях внешнего электроснабжения. Система представляет собой комплекс технических средств, в том числе микропроцессорной техники, обеспечивающий выполнение функций электроснабжения устройств СЦБ и связи, размещаемых на станциях.

Устройства электропитания МПК позволяет реализовывать системы заземления электрических сетей при трёхфазном переменном токе типа ТТ и IT, а при однофазном переменном токе типа IT.

Обобщенная структура УЭП-МПК приведена на рисунке 3.7, которая содержит следующие функциональные элементы:

1) Вводные устройства аккумуляторной батареи (ВУБ) и фидера или

ДГА (ВУФ), обеспечивающие:

• видимый разрыв цепей согласно нормам пожарной безонасности;

• дистанционное отключение по команде ДСП;

• учет потребляемой электроэнергии;

• защита от короткого замыкания;

• защита от перенапряжений.

2) Комплектное распределительное устройство гарантированного питания КРУ, обеспечивающее:

• автоматический ввод резерва (АВР) от второго фидера или ДГА формирующие шину гарантированного питания;

• защита от перегрузок;

• защита от перенапряжений;

• контроль и диагностика;

• гальваническая развязка нагрузки от питающей сети с помощью изолирующего трансформатора.

 

Рисунок 3.7. Обобщенная структура УЭП-МПК

3) Система бесперебойного питания:

• параллельная резервированная архитектура RPA из двух УБП, формирующих шину бесперебойного питания ШБП;

4) Комплектное распределительное устройство электропитания оборудования

• автоматизированных рабочих мест дежурного по станции КРУ 1:

• обеспечение электроснабжением оборудования АРМ ДСП;

• защита от перегрузок и поражения электротоком обслуживающего персонала.

5) Комплектное распределительное устройство бесперебойного питания КРУ2:

• обеспечение электроснабжением нагрузок СЦБ с помощью устройств питания рельсовых цепей (УПРЦ), стрелок (УПСТ), светофоров (УПСФ), маршрутных указателей (УПМУ), релейных приборов (УПРП), собственных нужд (УПСП) и внепостовых схем (УПВС);

• защита от перегрузок;

• защита от перенапряжений со стороны нагрузок;

• контроль и диагностика.

Экономическая эффективность заключается в том, что системы электропитания ЖАТ позволяет сократить задержки в движении поездов благодаря бесперебойному энергоснабжению устройств СЦБ.

В случае пропадания всех внешних фидеров и переключении питания от УБП предусматривается возможность последовательного перевода стрелок при маршрутном управлении.

УЭП-МПК обеспечивают передачу на АРМ дежурного по станции следующей индикации и речевых сообщений:

- выключение каждого фидера;

- рабочий фидер;

- включение ДГА;

- питание ЖАТ только от УБП;

- групповая сигнализация неисправности УЭП;

- срабатывание автоматических выключателей;

- снижение изоляции изолированных источников питания

- исполнительных устройств ЖАТ.

Перечень контролируемых и передаваемых в систему диагностики

параметров указан в технических решениях на УЭП-МПК, которые приведены

в приложении.

Проектирование УЭП-МПК может осуществляться не унифицировано, а под конкретную станцию. Принцип конструктора «Лего», заложенный в структуру УЭП-МПК позволяет подстроиться под условия конкретного объекта без введения аппаратной избыточности.

При проектировании учитываются следующие моменты:

• выходная мощность ДГА относительно максимальной расчётной мощности нагрузки рассчитана с запасом в 20 % с учетом потребляемой мощности УБП;

• продолжительность бесперебойного питания от УБП должна составлять не менее 2 часов. На станциях с круглосуточным дежурством электромехаников на посту время бесперебойного питания нагрузок при пропадании внещних источников составляет не менее 1 часа. Продолжительность бесперебойного питания обусловлена усредненным нормативом времени прибытия обслуживающего персонала для устранения отказа;

• при определении емкости батареи проектируется 20% запас для обеспечения заявленной продолжительности бесперебойного питания с течением времени старения аккумуляторной батареи до ее полной замены в конце срока эксплуатации, а также для учета положений по оптимизации.

Проект типовых материалов для проектирования УЭП-МПК приведен в приложении.

ЖАТ (без дежурного обслуживающего персонала). УЭП-МПК рассчитаны на систему аварийно-восстановительного обслуживания, а при отсутствии системы диагностики - на планово-предупредительную систему обслуживания. УЭП-МПК обеспечивают возможность осмотра состояния входящих в них аппаратов, проверки качества контактных соединений, измерения основных электрических параметров, внесения нормированных переменных данных в режимы работы устройств, настройки отдельных приборов, наблюдения за индикацией и т.д.

Квалификация обслуживающего персонала для производства технического обслуживания и ремонта соответствует квалификации электромеханика СЦБ, прошедшего специальное обучение и имеющего 4-ю или выше квалификационную группу по электробезопасности.

Ремонт самостоятельных блоков должен выполняться в специализированных центрах или в условиях РТУ дистанций. Эксплуатационная документация содержит разделы по ремонту, регулировке и проверке, в том числе в РТУ, с приведением схем контроля.

Для нормальной эксплуатации для УЭП в целом или для изделий, входящего в состав УЭП, предусмотрен комплект запасных частей (ЗИП), объём которого определяться техническими условиями на изделия и включает инструмент, необходимый для замены повреждённых изделий. В приложении приведены разработанные технологические карты технического обслуживания УЭП-МПК, утвержденные ЦШ.

 

Выводы

 

В эксплуатации ЖАТ в настоящее время находятся физически и морально устаревшие системы электропитания. Отсутствие необходимых средств диагностики и удаленного мониторинга в применяемых СЭ не позволяют перейти от регламентного технического обслуживания к обслуживанию по состоянию устройств. В зарубежных системах электропитания большое внимание уделяется совершенствованию коммутационных приборов, повышению их надежности и долговечности, широко используются устройства бесперебойного питания. Для потребителей, требующих высокую степень надежности и резервируемости, применяется СЭ на основе шины постоянного тока.

Наиболее оптимальной СЭ для микропроцессорных систем ЖАТ является система бесперебойного питания с полным аккумуляторным резервом и централизованной системой бесперебойного питания. Учитывая то, что большинству микропроцессорной аппаратуры ЖАТ требуется в конечном итоге постоянное напряжение питания, в качестве перспективной является система на основе шины постоянного тока при ограниченном количестве полюсов питания. Отсутствие унификации полюсов питания в настоящее время диктует необходимость применения системы бесперебойного питания на основе шины переменного тока для получения от которой необходимых градаций напряжений. С точки зрения охраны труда предпочтительной является система класса III, в которой отсутствуют внутренние или внешние электрические цепи напряжением выше 50 В переменного или 120 В постоянного тока. СЭ должна позволять осушествлять интеллектуальное управление энергоресурсами для достижения наибольшей экономической эффективности на основе теории управления запасами.

Анализ автономных источников питания СЭ показал предпочтение в использовании герметизированных аккумуляторов со сроками службы 10 лет, не требующих обслуживания в течении всего срока эксплуатации. Предложенная методика расчета проектной мощности ДГА учитывает реактивную составляющую и нелинейность нагрузок поста электрической централизации, что позволяет избежать ошибок при выборе мощности ДГА.

На основе выполненных исследований разработана структура питающих устройств микропроцессорных комплексов УЭП-МПК, основывающаяся на использовании параллельно резервированной системы бесперебойного питания. Неотъемлемой составляющей программно-аппаратных средств являются элементы системы диагностики и мониторинга, обеспечивающие непрерывный съем, обработку, передачу, отображение и архивирование как дискретных параметров УЭП-МПК, так и аналоговых величин напряжений на нагрузках. Разработанные технологические карты и технология обслуживания УЭП-МПК показывают сокращение трудоемкости технологического процесса и увеличение периодичности обслуживания.

Заключение

Анализ типовых решений по электропитанию постов ЭЦ отечественных железных дорог показал, что концепция построения СЭ принятая в данных технических решениях не способна обеспечить полноценное бесперебойное питание микропроцессорных систем ЖАТ, и как следствие, не может обеспечить непрерывность перевозочного процесса.

Анализ казахстанских и зарубежных концепций построения систем электропитания показал тенденции к использованию систем бесперебойного питания для энергоснабжения критичных нагрузок. Укрупнено выделяются две основных концепции систем бесперебойного питания: на основе группового устройства бесперебойного питания переменного тока и на основе шины постоянного тока.

Анализ концепций построения систем электропитания для МПК ЖАТ показал привлекательностью концепции на основе шины постоянного тока, но отсутствие унификации нагрузок по напряжению делают реализацию данной концепции экономически невыгодной. Проблему унификации нагрузок могут решить вновь разрабатываемые МПЦ при условии выставления разработчикам этих систем корректных требований по использованию электроснабжения.

Предложенная переходная система электропитания микропроцессорных комплексов ЖАТ, синтезированная с учетом реально существующих условий эксплуатации, основана на централизованной параллельно резервируемой системе бесперебойного питания (СБП) переменного тока.

Примененная система бесперебойного питания решает две главные задачи: обеспечение непрерывности электропитания микропроцессорных систем ЖАТ при перебоях внешнего энергоснабжения и обеспечение дорогостоящих систем управления перевозочным процессом качественной электроэнергией.

Предложенная технология обслуживания в процессе эксплуатации позволяет перейти от традиционного регламентного технического обслуживания к менее затратному обслуживанию по состоянию устройств.

Список литературы

1.Правила устройства электроустановок, 7-е изд.М:2006.

2.Трубилов В, Закон о техническом регулировании ставит задачи. Решать их придется всей энергетике //Новости Электротехники. - 2003. - N З.-С. 22-23.

3.ВНТП/МПС-85. Ведомственные нормы технологического проектирования. М.:1985.

4.НТП/СЦБ МПС-99 Нормы технологического проектирования систем автоматики и телемеханики. М.:1995.

5.501-05-102.88. Типовые материалы для проектирования. Электропитание устройств электрической централизации ЭЦ-10-88. ГТСС: 1988.

6.Устройства СЦБ. Технология обслуживания. Нормативное производственно-практическое издание. М.: Транспорт 1999.

7.Вл.В.Сапожников, Н.П.Ковалев Электропитание устройств железнодорожной автоматики, телемеханики и связи: учебник для вузов ж.д. транспорта.

8.Н.В.Ожиганов. Проблемы можно устранить. Автоматика, связь, информатика №3. – 2006.

9.ПОТ. Отраслевые правила по охране труда.

10.ТОТ. Типовые инструкции по охране труда для электромехаников и электромонтеров СЦБ.

11.Правила по монтажу устройств СЦБ, пр. 32 ЦШ от 10.02.96

12.ПТЭ ЭП. Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей.

13.А.Б.ПИКИТИН, В.А.Шатохин. Оптимизация системы электроснабжения микропроцессорных комплексов железнодорожной автоматики и телемеханики / //Вестник Ростовского гос. универ. Путей сообщения - 2007. №3.-с. 60-63.

14.А.Б.Никитин, В.А.Шатохин. К вопросу построения систем бесперебойного питания микропроцессорных комплексов железнодорожной автоматики и телемеханики / //Транспорт Урала - 2007. №3. - с. 60-63.

15.Качесов В.Е., Ларионов В.Н., Овсянников А.Г. О результатах мониторинга перенапряжений при однофазных замыканиях на землю в распределительных кабельных сетях // Электрические станции. - 2002. - N 8.

16.Жуков В.В. Короткие замыкания в электроустановках напряжением до 1 кВ. М.: Издательство МЭИ, 2004.

17.Аpplicаtion guide for calculаtion of short-circuit currents in low-voltage radial systems. Stаndаrt IEC, publication 781, 1989.

18.ГОСТ P 50270-92. Короткие замыкания в электроустановках. Методы расчета в электроустановках переменного тока напряжением до 1 кВ. М.: Издательство стандартов, 1993.

19.Олейник СИ., Сефарбаков А.А. Защита от замыканий на землю в сетях 6-35 кВ с компенсированной нейтралью, реагирующая на активную составляющую // Электрические станции. - 2003. - N3.

20.Каневский Я.М. Защита от замыканий на землю в сетях 6 кВ собственных нужд ТЭЦ с двумя режимами заземления нейтрали // Электрические станции. - 2003.-N10.

21.Софийский А.В., Кучеренко В.И., Хуртов И.И. и др. Резистивное заземление нейтрали в сети собственных нужд Энгельской ТЭЦ-3 «Саратовэнерго» // Электрические станции. - 2003. - N 2.

22.Виштибеев А.В., Кадомская К.П., Хныков В.А. Повышение надежности эл. сетей установкой трансформаторов напряжения типа НАМИ // Электрические станции.-2003.-N3.

23.Монаков В.К. УЗО. Теория и практика. М.: Энергосервис, 2007.

24.Шатохин В.А. Устройство безопасного контроля напряжения [Текст] / Ю.А.Федоркин, В.А.Шатохин, В.И.Резник //Автоматика, связь, информатика -2006.-N6.-С. 17-18.

25.ГОСТ Р 50745-99 Совместимость технических средств электромагнитная. Системы бесперебойного питания. Устройства подавления сетевых импульсных помех. Требования и методы испытаний.

26.ГОСТ Р 51179-98 (МЭК 870-2-1-95) Устройства и системы телемеханики. Часть 2. Условия эксплуатапии. Раздел 1. Источники питания и электромагнитная совместимость.

27.ГОСТ 13822 - 82 Электроагрегаты и передвижные электростанции дизельные. Общие технические условия.

28.ГОСТ Р 50571-94 Электроустановки зданий.

29.Д.В. Гавзов, А.А. Михалов, В.А. Шатохин. Перспектива применения литий-ионных аккумуляторов и батарей в средствах связи и автоматики железнодорожного транспорта / Научно-практическая конференция «Перспективы развития и применения литий-ионных источников тока» 17-18 февраля 2004г.: материалы конф. - СПб., 2004. - С. 117-121.

30.Суднова В.В. Качество электрической энергии. - М.: Энергосервис, 2000.

31.А.Б.Никитин, О.А.Наседкин., А.Д.Манаков, В.А.Шатохин. Концепция защиты устройств железнодорожной автоматики и телемеханики от перенапряжений / Ж.-д трансп. Серия "Сигнализация и связь" Вып.З., ЭИ/ЦНТИ.-М., 2006.-28c.

32.НБ ЖТ ЦШ 128-2003 Системы интервального регулирования движения поездов. Нормы безопасности / Д.В.Гавзов, О.А.Наседкин, Т.А.Белишкина, В.А.Шатохин и др. //Москва. 2005. - 15с.

33.Шатохин В.А. Электромагнитная совместимость систем железнодорожной автоматики и телемеханики / Технологии ЭМС - 2004. - №1(8). - с. 22-28.

34.Г.Б.Игнатов, А.Б.Беляков, Н.В.Горшков, В.Л.Зелинский, В.А.Шатохин. Защита цепей электропитания технических средств железнодорожной автоматики от грозовых и коммутационных перенапряжений / Автоматика, связь, информатика - 2003. - №12. - с17.

35.В.Л.Зелинский, М.В.Маслов, В.А.Шатохин, Ю.Е. Нечаев. Аппаратура защиты сигнальной установки от перенапряжений / Автоматика, связь, информатика-2007. №2. - С. 24-25.

36.0.A.Nassedkin, A.D.Manakov, V.A.Schatokhin. Die elektromagnetische Vertraglichkeit der Baknautomatisierangs- und Femsteuerungssysteme / Signal+Draht (Rail Signalling + Telecommunication) - 2006. -№12. - P. 32-35.

37.Д.В.Гавзов, А.Д.Манаков, В.А.Шатохин. Испытание сетевых фильтров для систем бесперебойного питания систем железнодорожной автоматики и телемеханики / Проблемы разработки, внедрения и эксплуатации микроэлектронных систем железнодорожной автоматики и телемеханики: сб. науч. трудов. СПб., 2005. - с. 32-39.

38.В.А.Шатохин. Оценка влияния подвижных устройств с полупроводниковыми преобразователями на ТС ЖАТ / Седьмая российская научно-техническая конференция по электромагнитной совместимости «ЭМС2002»: сб. докл. - СПб., 2002.

39.В.В.Сапожников, Вл.В.Сапожников, А.В.Харитонов, В.М.Чухонин Обнаружение ошибок в программных реализациях самопроверяемых тестеров в микропроцессорных системах // Автоматика и телемеханика, 1989. – № 12.

40.Устройства контроля свободности путевых участков методом счета осей с использованием аппаратуры ЭССО: Методические указания по проектированию устройств автоматики, телемеханики и связи на ж.-д. транспорте. И-291-03. – СПб: ГТСС, 2003.

41.Система контроля участков пути методом счета осей (ЭССО): Руководство по эксплуатации. ЭРИ0.421413.001 РЭ. – Екатеринбург: НПЦ «Промэлектроника», 2003. – 42 с.

42.Система контроля участков пути методом счета осей (ЭССО): Технология обслуживания. ЭРИ0.421413.001 ТО. – Екатеринбург: НПЦ «Промэлектроника», 2004. – 10 с.

43.В.В.Меликова, Ю.Ю.Штенгель. Современные системы железнодорожной автоматики и телемеханики в условиях сокращения энергопотребления. СТЖТ – Россия,Саратов.

44. Электропитающие устройства и линейные сооружения автоматики, телемеханики и связи железнодорожного транспорта. URL:https://poezdvl.com/electropitaiuschie-ustroystva/index.html

47.Диспетчерская централизация и диспетчерский контроль. URL:http://caredenis.ru/resources/srd/html/les13.html

48. Микропроцессорные системы ЖАТ. URL:https://moluch.ru/archive/88/17404/

49.Л.А.Кондратьева, О.Н.Ромашкова. Системы регулирования движения на железнодорожном транспорте. Москва 2003.

50.И.Г.Тильк. Новые устройства автоматики и телемеханики железнодорожного транспорта. – Екатеринбург: УрГУПС, 2010. – 168 с.

51. Анализ развития систем автоматики и телемеханики для интервального регулирования движения поездов. URL: https://www.kazedu.kz/referat/172794/2