Лабораторная работа № 38 Урок № 77 Электропитание устройств диспетчерской централизации

Устройства электропитания постов электрической централизации (ЭЦ) являются составной частью станционной системы автоматики и телемеханики. Основная аппаратура, обеспечивающая распределение электроэнергии по нагрузкам поста ЭЦ, размещается в панелях электропитающей установки (ЭПУ). Трансформаторы, выпрямители, генераторы, преобразователи и другая аппаратура электропитания внутри конкретного вида потребителей распола-гаются в трансформаторных ящиках, релейных шкафах, на стативах поста ЭЦ и т. п.

С внедрением на сети железных дорог усовершенствованных релейных и микропроцессорных централизаций претерпели изменения и ЭПУ постов ЭЦ. Большой вклад в разработку новой аппаратуры электропитания внесли научно-исследовательские институты: управления на железнодорожном транспорте (ВНИИУП), «Гипротранссигналсвязь» (ГТСС), радиокомпонентов. К новой аппаратуре электропитания относятся полупроводниковые преобразователи напряжения батареи 24 В в переменный ток типов ПП-0,3М и ППСТ-1,5М; автоматическое зарядное устройство батареи УЗА24-20 и автоматический регулятор тока заряда РТА-1; бесконтактные датчики импульсного питания ДИБ и ДИМ-2; блок силового кодирования БСК; блоки питания БПС80, БПТ и др. На базе этой аппаратуры электротехническими заводами поставляются панели ЭПУ нового поколения. В них используется минимальное количество электромагнитных реле, а основные логические и контрольные функции решаются с помощью электронных блоков; применяются усовершенствованные приборы защиты от перенапряжений и светодиодная индикация состояний функциональных узлов. Новые панели учитывают прогрессивные тенденции в развитии устройств ЭЦ (появление тональных рельсовых цепей, внедрение электроприводов переменного тока, отказ от станционной батареи 220 В и др.), появление автоматизированных рабочих мест (АРМ ДСП, АРМ ШН) в микропроцессорных централизациях, потребность в передаче различного рода параметров контрольно-диагностирующим системам.

Имеющаяся в настоящее время техническая литература по новым ЭПУ
[1 – 3] перегружена принципиальными схемами панелей, условиями их регулировки и содержания и не приводит методики расчета загрузки ЭПУ. Настоящее учебное пособие представляет функциональные схемы панелей питания и методику расчета загрузки ЭПУ, необходимую на стадии проектирования ЭЦ.

1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА СИСТЕМ ПИТАНИЯ И
ПИТАЮЩИХ УСТАНОВОК

Устройства электрической централизации по обеспечению надежности электроснабжения относятся к потребителям первой категории на станциях с количеством стрелок до 30 и особой первой категории при количестве стрелок более 30. Как правило, посты ЭЦ получают электропитание от двух независимых внешних источников переменного тока, один из которых является основным, второй – резервным. Чаще всего в качестве основного используются
высоковольтные линии путевой блокировки (ВЛ СЦБ) напряжением 10 кВ (ранее – 6 кВ) или местные ЛЭП, отвечающие требованиям по питанию электроприемников первой категории. Резервными источниками могут быть линии продольного электроснабжения железнодорожных потребителей (ВЛ ПЭ) напряжением 10 или 27,5 кВ или другие ЛЭП, предназначенные для потребителей первой и второй категорий. На случай отключения обоих внешних источников на посту ЭЦ предусматривается местный резерв в виде дизель-генераторного агрегата (ДГА) или аккумуляторной батареи.

Внешние фидеры электроснабжения подаются на ЭПУ поста ЭЦ через щит включения/выключения питания (ЩВПУ). В общем случае питающая установка содержит набор вводной и распределительных панелей определенных типов. Конструктивно панели оформлены в виде металлических шкафов с двухсторонним обслуживанием, позволяющим осуществить свободный доступ ко всем приборам. Все панели выполнены одинакового размера. На лицевой стороне изображена мнемосхема разводки питания с расположенными на ней коммутационными устройствами и измерительными приборами. С боковых сторон панели закрыты металлическими щитами. С помощью соответствующего набора панелей можно организовать один из двух видов питания нагрузок поста ЭЦ: безбатарейный или батарейный. Безбатарейная система применяется в случае подключения поста ЭЦ к двум внешним фидерам первой категории без установки ДГА или при наличии основного фидера первой категории (например, ВЛ СЦБ), а резервного – второй категории (например, ВЛ ПЭ) с установкой ДГА. При полном обесточивании внешней сети предусматривается автоматический запуск ДГА, при этом к ДГА подключаются только те нагрузки, которые имеют гарантию по питанию. Батарейная
система питания применяется на железнодорожных участках с недостаточно надежными линиями электроснабжения, например, когда провода ВЛ СЦБ и ВЛ ПЭ размещаются на общих опорах или в качестве первого и второго фидеров используются соответственно ЛЭП второй и третьей категорий. В случае выключения внешних источников в качестве резерва используется станционная батарея 24В. В период, когда основным видом тяги на железных дорогах страны являлась паровозная, повсеместно применялась батарейная система питания ЭЦ. При этом в качестве резерва предусматривались две батареи: так называемая контрольная 24 В и рабочая 220 В. При выключении переменного тока от первой получали питание реле, от второй – рабочие цепи управления стрелочными приводами постоянного тока. С внедрением электрической тяги и повышением надежности линий электропередач батареи 220 В стали исключать. Так впервые возникло понятие безбатарейной системы питания. Однако как в батарейной, так и в безбатарейной системах батарея 24 В является неотъемлемым элементом питающей установки. Она поддерживает питание реле, имеющих цепи самоблокировки, на время переключения устройств ЭЦ с одного фидера на другой или на время запуска ДГА. Кроме того, батарея 24 В в значительной степени снижает уровень переменной составляющей в токах выпрямителей, повышая надежность электролитических конденсаторов, содержащихся в устройствах. При безбатарейной системе в случае выключения источников переменного тока от нее получают питание реле аварийного управления; лампочки табло, отображающие аварийную ситуацию и состояние путевого приближения, удаления и направления движения на прилегающих перегонах; приборы ДЦ; полупроводниковые преобразователи, к которым подключаются необходимые в создавшейся ситуации маломощные цепи переменного тока. В батарейной системе от станционной батареи 24 (48) В кроме перечисленных нагрузок получают питание объекты ЭЦ, требующие значительных мощностей (за исключением обогрева контактов автопереключателей стрелочных приводов). С этой целью в последнее время разработаны статические преобразователи постоянного напряжения в переменное 220 В, имеющие соответствующие характеристики и схемы их кратковременного включения в рабочий период. Резервирование питания красного и лунно-белого огней входных светофоров предусматривается от станционной (постовой) или местной батареи в зависимости от проектного решения по системе ЭЦ. В настоящее время доминирующей является безбатарейная система питания нагрузок поста ЭЦ. Условиями ее применения стали не только повышение надежности источников электроснабжения, но и курс на внедрение стрелочных приводов переменного тока, исключающий применение батареи 220 В. В релейных централизациях нормами технологического проектирования института «Гипротранссигналсвязь» предусматривается применение ЭПУ, имеющих набор панелей питания в зависимости от числа централизованных стрелок. Для промежуточных станций с количеством стрелок до 30 такими панелями являются вводная ПВ2-ЭЦ, распределительная ПР2-ЭЦ; для крупных станций с количеством стрелок более 30 – вводная ПВ1-ЭЦК; распределительные ПР1-ЭЦК, ПР1-ЭЦК1; выпрямительно-преобразовательная ПВП1-ЭЦК; стрелочные для рабочих цепей приводов переменного тока ПСТН1-ЭЦК1, ПСТН1-ЭЦК2, ПСТН1-ЭЦК3; преобразовательная для рельсовых цепей частотой 25 Гц ПП25.1-ЭЦК. В релейно-процессорных и микропроцессорных централизациях рекомендуется применять фирменные ЭПУ, а в их отсутствии использовать панели релейных ЭЦ. В частности, фирменными ЭПУ являются: в релейно-процессорной централизации ЭЦ-МПК – УЭП-МПК, в микропроцессорной ЭЦ-ЕМ – СПУ ОАО «Радиоавионика», в микропроцессорной Ebilock 950 – устройство электропитания ООО «Бомбардье Транспортейшн (Сигнал)». 2.1. Панели питания постов ЭЦ промежуточных станций: Вводная панель ПВ2-ЭЦ (рис. 2.1) в комплекте с другими панелями предназначена для ввода, распределения и контроля центрального электропитания устройств ЭЦ станции до 30 стрелок на участках с любым видом тяги. Панель обеспечивает передачу электроэнергии к нагрузкам от двух внешних фидеров трехфазного переменного тока с заземленной нейтралью и резервной

Рис. 2.1. Функциональная схема панели ПВ2-ЭЦ

дизель-генераторной установки типа Э8Р или ДГА с номинальными напряжениями 380/220 В. Напряжение от более надежного внешнего источника подается на вход IФ, а от другого − на вход IIФ. В зависимости от номинального значения тока, потребляемого от внешней сети, панель выпускается с плавкими вставками в предохранителях F1 − F6 на 25; 31,5 или 40 А. При заказе панели номинальные значения токов в плавких вставках определяются расчетом.

Панель предусматривает как автоматическое, так и ручное переключение фидеров, а также контроль и оптическую сигнализацию их состояния. Автоматическое переключение осуществляется пускателями 1ВФ2 и 2ВФ2, которые поставлены в зависимость от состояния контрольных приборов: реле напряжения 1РН, 2РН, фидерных 1Ф, 2Ф и включающих 1ВФ1, 2ВФ1. При отсутствии напряжения в обоих фидерах электропитание поступает от местной резервной электростанции. Ручное включение и выключение источников питания выполняется при помощи тумблеров 1ФВ, 2ФВ и 3ФВ, которые расположены на лицевой стороне панели и коммутируют цепи схем магнитных пускателей. Для снятия напряжения с магнитных пускателей и трансформаторов тока при профилактическом ремонте панели или замене деталей служат рубильники
1В и 2В.

Панель может работать в двух режимах: преобладания первого фидера (П) и равноценных фидеров (Р). Настройка на режим Р осуществляется установкой перемычки К15/1-К15/2 в схеме реле 2ВФ1. В режиме П переход от аварийного питания к основному осуществляется по ступеням ДГА → IIФ → IФ с выдержкой времени 1 − 2 мин, которую формируют детекторы интервалов времени ДВ1, ДВ2. В режиме Р переключение нагрузки от дизеля на исправный фидер происходит без выдержки времени. Число выключений каждого фидера отмечается счетчиками.

Панель контролирует качество поступающей электроэнергии. Увеличение фазного напряжения выше допускаемой величины фиксируется с помощью схем реле максимального напряжения 1РНУ и 2РНУ, нарушение чередования фаз в фидерах питания – блоком КЧФ. Перенапряжения в фидерах снимаются электронными блоками защиты БЗ, включенными по одному в каждую фазу. При снижении напряжения ниже 183 В панель отключает нагрузку от неисправного фидера, а при повышении до 198±4 В – включает.

Вольтметром V и амперметрами А измеряются напряжение и ток в фидерах питания, а трехфазным счетчик PWh – расход электроэнергии во втором фидере. Панель предусматривает измерение рабочего тока электродвигателей стрелочных приводов с помощью амперметра, установленного на пульте управления дежурного по станции (ДСП).

Поскольку переход с одного фидера на другой вызывает обесточивание рельсовых цепей (РЦ), то для исключения ложного срабатывания реле 1М, 2М в схемах фиксации проследования поезда по маршруту панель формирует для них специальные полюсы питания ЛУ-Н, ЛУ-Ч. В момент отсутствия напряжения в фидерах эти полюсы выключаются, а включаются через 4 – 8 с после восстановления питания рельсовых цепей.

Панель содержит два силовых трансформатора TV2 и TV3 мощностью по 4,5 кВ∙А каждый, предназначенных для электропитания нагрузок распределительных панелей. Трансформаторы соединяются с внешней сетью выключателями 1АВ и 2АВ и защищены предохранителями FU15-FU17 (20 или 30 А, что определяется проектом).

К трехфазному трансформатору TV2 подключаются светофоры (полюсы питания ОСАО-ОСА220), рельсовые цепи (ПХР-ОХР), релейные шкафы (ПХРШ-ОХРШ), магистральные цепи электрообогрева стрелочных приводов (Э, ОЭ). К трехфазному трансформатору TV3 подключаются рабочие цепи стрелок с приводами переменного тока (АХ-СХ – 220 В, УАХ-УСХ – 235 В). Трансформатор рассчитан на одновременную работу двух двигателей
МСТ-0,3-220/127. Сообщение с землей цепей перечисленных выше нагрузок, а также реле и ламп табло контролируется сигнализатором заземления СЗ. Панель обеспечивает гарантированное питание (380/220 В, 10 А) силовых нагрузок и освещения, подключенных к общей распределительной сети через предохранители FU18-FU20, и негарантированное питание (380/220 В, 30 А) силовых нагрузок и освещения, подключенных к фидеру IIФ через предохранители FU15-FU17. Питание местных цепей панели осуществляется от выпрямительного блока БВ с резервом от аккумуляторной батареи 24 В.

Максимально допустимые мощности нагрузок панели составляют, кВ∙А: светофоров – 1,5; стрелочных электроприводов – 1,5; обогрева контактной системы электроприводов – 1,5; рельсовых цепей (АЛСН) 50 ГЦ, аппаратуры тональных рельсовых цепей, релейных шкафов входных светофоров – 1,5; других нагрузок СЦБ (см. рис. 2.1, выводы А, В, С, идущие к панели ПР2-ЭЦ) – 6,6; собственных нужд – 0,5; прочих нагрузок (от фидера IIФ) – 20.

Для контейнерных систем ЭЦ предусмотрен модернизированный вариант панели, получивший наименование ПВ3-ЭЦ. Панель имеет меньшую высоту, позволяющую установить ее в контейнере, и в связи с этим несколько иное расположение приборов. Трехфазными счетчиками расхода электроэнергии PWh снабжены оба фидера. Панель работает только в режиме П.

Распределительная панель ПР2-ЭЦ применяется совместно с панелью ПВ2-ЭЦ и предназначена для распределения электропитания по основным нагрузкам ЭЦ. В зависимости от частоты питания рельсовых цепей, аппаратуры автоматической локомотивной сигнализации (АЛСН) и рода тока электродвигателей стрелочных приводов панель выпускается четырех видов (табл. 2.1).

Т а б л и ц а 2.1

Виды и условия применения распределительных панелей

На рис. 2.2 сплошными линиями представлены распределительные цепи и приборы панели ПР2-ЭЦ75Т, а пунктирными – дополнительное оборудование в составе других конструкций. Панель работает в буфере с аккумуляторной батареей 24 В, обеспечивающей электропитанием релейную нагрузку поста ЭЦ. Для подключения релейных стативов используются идущие от батареи (через щит ЩВП-73) провода ПБ, МБ, которые после диода VD20 преобразуются в распределительные цепи с полюсами П, М. Заряд батареи осуществляется по проводам 1П, 1М от автоматических зарядных устройств ВП1 (основного) и ВП2 (резервного) типа УЗА24-20, подключенных через силовой понижающий трансформатор TV1 к фазе А вводной сети. Неисправность основного устройства фиксируется с помощью реле КНЗ. В режиме непрерывного подзаряда (ПЗ) на батарее поддерживается напряжение в пределах (26,4 ± 0,6) В.

Рис. 2.2. Функциональная схема панели ПР2-ЭЦ

При снижении напряжения до (24 ± 0,3) В включается основной режим форсированного заряда (ФЗ1), который прекращается при повышении напряжения до (28 ± 0,3) В, после чего действует режим дополнительного форсированного заряда (ФЗ2), при котором на батарее поддерживается напряжение (28 ± 0,7) В. Выходной ток в режиме ФЗ1 может быть установлен в пределах от 6 до 23 А. По мере дозаряда батареи и снижения тока выпрямителя осуществляется переход в режим ПЗ. Контрольные входы зарядных устройств, фиксирующие состояние батареи, подключаются к проводам ПК, МК. Условия, при которых возможно включение форсированных режимов, контролируются реле ФЗ.

Лампочки табло питаются от трансформатора TV3 типа ПОБС-5МП, при этом импульсный характер для ряда цепей задается электронным датчиком типа ДИМ2 и блоками силового кодирования типа БСК. Переключение режимов горения лампочек табло («День», Ночь», «Погашено») осуществляется кнопками, расположенными на пульте управления. При выключении переменного тока электропитание получают только лампочки табло, подключенные к полюсам С-МС (непрерывного характера) и СМ-МС (импульсного характера), зарезервированные от аккумуляторной батареи.

Для электропитания рабочих цепей стрелочных приводов переменного тока в панелях серии «Т» предусматриваются полюсы РА, РВ, РС с линейным напряжением 220 В (при нормальном удалении стрелок от поста ЭЦ) и полюсы РУА, РУВ, РУС с линейным напряжением 235 В (при значительных расстояниях до стрелок). Рабочие цепи стрелок с приводами постоянного тока запитываются по цепи РПБ, РМБ, подключенной к выходам трехфазных выпрямителей панели ПР2-ЭЦ25П – основных – БВ2, БВ3 и резервных – БВ4, БВ5. Переключение на резерв осуществляется контактами контрольного реле КВ. Для принудительного выключения рабочих цепей при длительной работе стрелочного привода на фрикцию предусматриваются реле ВП1, ВП2, которые поставлены в зависимость от времязадающего устройства эксплуатируемой системы ЭЦ. Контрольные цепи стрелок подключаются к цепи с полюсами ПХКС, ОХКС.

Электропитание ламп станционных светофоров осуществляется от полюсов ПХС, ОХС, а маршрутных указателей – ПХМУ, ОХМУ. Режимы питания «День», «Ночь», «ДСН» задаются с помощью кнопок, расположенных на пульте управления. Кроме того, для режимов «День», «Ночь» предусматривается возможность автоматического включения по состоянию датчика типа АДН-2. Лампы красного и пригласительного огней входных светофоров, а также разъединители высоковольтной линии СЦБ относятся к потребителям, имеющим гарантию по питанию в случае исчезновения переменного напряжения. С этой целью они подключаются к цепи ГПХ, ГОХ с резервом от преобразователя ПП1 типа ПП-0,3М. Необходимая коммутация осуществляется контактами обратного повторителя аварийного реле ОА, которыми на вход преобразователя подается напряжение от аккумуляторной батареи, а на выход – переменное напряжение в цепь ГПХ, ГОХ.

Для электропитания тональных рельсовых цепей предусматриваются четыре цепи (луча) ПХН-ОХН в панелях ПР2-ЭЦ50Т и ПР2-ЭЦ75Т, а для питания рельсовых цепей частотой 25 Гц – ПХРЦ-ОХРЦ в панелях ПР2-ЭЦ25Т и ПР2-ЭЦ25П. Для получения частоты 25 Гц применяются путевые преобразователи 1П, 2П и местный преобразователь П типа ПЧ-50/25-300, на выходах которых необходимые фазовые сдвиги достигаются с помощью фазирующих устройств 1ФУ, 2ФУ. Напряжения в лучах контролируются аварийными реле, контакты которых заведены в схему ЛУ-Н, ЛУ-Ч вводной панели.

Приборы кодирования АЛСН подключаются к цепям ПХЛ-ОХЛ. Для получения частоты кодирования 75 Гц в панели ПР2-ЭЦ75Т устанавливаются преобразователи ПП1 и ПП2 типа ПП-0,3М, на входы которых подается напряжение от трехфазного выпрямителя в составе трансформатора TV4 и блока БД. Для подсоединения трансформатора к трехфазной сети предусматриваются автоматический выключатель АВ и группа контрольных реле Ф. При исчезновении переменного напряжения преобразователь ПП1 контактом реле ПА1 отключается от приборов кодирования, а контактами реле ОА настраивается на преобразование напряжения аккумуляторной батареи в переменное напряжение с целью резервирования цепи ГПХ-ГОХ.

Для питания внепостовых схем (увязки с путевой блокировкой, смены направления движения, ДСН, дешифраторных ячеек и т. п.), ЭПК стрелок уста-навливаются трансформатор TV2 и выпрямитель БВ1 с выходом на цепь ЛП, ЛМ. При повреждении выпрямителя контактом контрольного реле БПК цепь переключается на резерв от аккумуляторной батареи (с полюсами ЩП, ЩМ).

Панель снабжается измерительными приборами: вольтметром V1 – для измерения напряжения аккумуляторной батареи и в нагрузочных цепях постоянного тока, вольтметром V2 – для измерения напряжения в нагрузочных цепях переменного тока, амперметром А1 – для измерения тока на выходе зарядных устройств, амперметром А2 – для измерения тока релейной нагрузки, амперметрами А3 и А4 – для измерения токов, потребляемых преобразователями ПП1, ПП2.

В контейнерных системах ЭЦ совместно с вводной панелью ПВ3-ЭЦ применяется распределительная панель ПР3-ЭЦ, имеющая меньшую высоту. Электропитание реле и других приборов постоянного тока, а также ламп табло, светофоров, контрольных цепей стрелок, внепостовых схем и резервирование от аккумуляторной батареи выполнены по образцу панели ПР2-ЭЦ. Преобразователи частоты для питания рельсовых цепей и кодирования АЛСН (25, 75 Гц), а также выпрямители для питания рабочих цепей стрелочных приводов постоянного тока в случае надобности устанавливаются на релейных стативах. Совместно с преобразовательной панелью ППТ3-ЭЦ панель ПР3-ЭЦ обеспечивает батарейную систему питания устройств ЭЦ промежуточных станций.

Выполнить конспект лабораторной работы № 38, начертить схему:

1 Рис. 2.1. Функциональная схема панели ПВ2-ЭЦ,

2. Рис. 2.2. Функциональная схема панели ПР2-ЭЦ.