WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

Если напряжение Uп уменьшается и рабочая точка выходит за пределы заштрихованной области, что будет соответствовать значениям напряжения на ПР: Uр < Uр пр, то это приведет к ложной занятости РЦ. При увеличении напряжения Uп и выходе рабочей точки за пределы заштрихованной области будем иметь величину напряжения на ПР, равную Uр > Uр отп, что равносильно появлению ложной свободности РЦ. Аналогично можно рассмотреть влияние других параметров РЦ, например, сопротивления балласта Rб. Практика показала, что наиболее действенным и практически реализуемым средством расширения области работоспособности РЦ является стабилизация напряжения Uп питания аппаратуры устройств СЦБ.

Другими функциональными узлами устройств СЦБ являются приборы преобразования информации, к которым относятся различные релейные и электронные, в том числе и логические схемы, а также лампы накаливания светофоров. Анализ показал, что надежность их работы по различному реагирует на изменения напряжения Uп. Определено, что, как и для РЦ, наиболее радикальным средством снижения числа отказов существующих приборов преобразования информации является также стабилизация напряжения питания Uп.

В третьем разделе выполнено исследование причин отклонения напряжения питания устройств СЦБ, поставщиками которого являются исследуемые системы электроснабжения.

Предложена и научно обоснована функционально полная эквивалентная схема системы электроснабжения (рис. 4) и определены активные, индуктивные и емкостные составляющие полных сопротивлений ВЛ СЦБ. Проведен анализ токораспределения системы в режиме нормальной работы и получен комплекс уравнений для нахождения токов, протекающих через элементы схемы.

Показано, что ток нагрузки каждого из трансформаторов систем электроснабжения протекает по одной фазе всех участков ВЛ СЦБ до i-го трансформатора и возвращается по другой фазе через те же участки. Этот ток находится из уравнения:

Выполнено исследование работы системы электроснабжения в аномальных режимах, а именно при различных практически имеющих место типах замыканий и обрывах фаз в ВЛ СЦБ. Определены наиболее критичные ситуации, которые могут привести к потере работоспособности устройств СЦБ и предложены способы повышения надежности функционирования систем электроснабжения. В частности определено, что при коротком замыкании любой фазы на землю ток этой фазы увеличивается в три раза по сравнению в нормальным режимом работы ВЛ:

Рисунок 4. Эквивалентная схема системы электроснабжения устройств СЦБ

Проведено исследование внешних характеристик трансформаторов питания сигнальных точек СЦБ, которое показало, что во многих практических случаях внешние характеристики трансформаторов не удовлетворяют требуемым показателям. Это определяет необходимость введения в системы электроснабжения дополнительных аппаратных средств, необходимых для стабилизации напряжения Uп. Найдены предельные значения напряжений ВЛ СЦБ, при наличии которых устройства стабилизации должны обеспечивать надежное функционирование аппаратуры СЦБ.

В четвертом разделе рассмотрены вопросы исследования и разработки методов улучшения характеристик систем электроснабжения устройств СЦБ.

Проанализированы существующие и принципиально возможные способы реализации схем стабилизации напряжения питания устройств СЦБ.

Первой попыткой стабилизации выходного напряжения U2 системы электроснабжения была разработка трансформаторной подстанции КТПОЛ-1,25, которая в достаточно широких масштабах эксплуатируется на сети дорог. В этой схеме используется дискретный двухпозиционный метод стабилизации напряжения U2 с переключением вторичных обмоток трансформатора подстанции. Величина выходного напряжения подстанции определяется выражением:

,

а диаграмма переключений этого устройства стабилизации имеет вид рис. 5.

Рисунок 5. Диаграмма переключений двухпозиционного

дискретного стабилизатора

Здесь обозначения соответствуют: I2 и I2н – реальный и номинальный токи нагрузки подстанции; w1, w2 и w2р – число витков первичной, вторичной и регулировочной обмоток трансформатора, которым соответствуют отпайки а1 и а5 вторичной обмотки;, U1, Uк и Рк – соответствующие параметры нагрузки, ВЛ СЦБ и трансформаторной подстанции.

Анализ реальных величин напряжений, приведенный в Разд. 1, показал, что двухпозиционный метод переключения обмоток трансформатора не всегда обеспечивает требуемой стабильности напряжения питания устройств СЦБ. Поэтому предложен дискретный трехпозиционный метод переключения выходных обмоток трансформатора, диаграмма переключений которого показана на рис. 6. Этот метод расширяет диапазон допустимых напряжений U1 ВЛ СЦБ и позволяет улучшить качество напряжения питания устройств СЦБ.

Рисунок 6. Диаграмма переключений трехпозиционного

дискретного стабилизатора

Анализ показал, что, несмотря на очевидные преимущества трехпозиционного метода по отношению к двухпозиционному, оба они обладают недостатками, которые заключаются в ступенчатом характере изменения напряжения на входе устройств СЦБ.

Исследования показали, что от этих недостатков свободны устройства стабилизации с непрерывными методами регулирования, когда в силовой цепи отсутствуют дискретные переключающие элементы, например, типа тиристоров.

Для рассматриваемого практического использования применимы два варианта аппаратной реализации подобных стабилизаторов (рис. 7), где в импульсных преобразователях напряжения (ИПН) и в нерегулируемых (Нерег. Инв.) или регулируемых (Рег. Инв.) инверторах применяются высокочастотные (fпр = 40-80 кГц) импульсные методы преобразования электрической энергии, которые позволяют снизить материалоемкость аппаратуры электропитания и повысить КПД по сравнению с ранее применявшимися, например, линейными, методами преобразования электрической энергии постоянного тока.

Рисунок 7. Варианты схем непрерывных стабилизаторов напряжения

Очевидно, что с точки зрения КПД () схема по рис. 7.б с энергетической точки зрения обладает преимуществом по отношению к схеме рис. 7.а, так как:

(а) = ВФИПННерег.Инв.,

(б) = ВФРег.Инв

вследствие того, что во второй схеме отсутствует двойное силовое преобразование электрической энергии постоянного тока.

Показано, что законы импульсного регулирования выходного напряжения показанных импульсных преобразователей, а также регулируемых и нерегулируемых инверторов должны иметь следующий вид:

{tи, tп}ИПН = {tи, tп}Рег. Инв = var = f(),

{tи, tп}Нер.Инв. = const.

Так как при практической реализации импульсных преобразователей и инверторов могут быть применены как транзисторы, так и тиристоры, то определены условия применимости тех или иных полупроводниковых приборов:

I1мин >> или I1мин >> ;

или ;)

или.

В настоящее время выполнено исследование процессов работы приведенных схем, определена элементная база, разработаны и изготовлены опытные образцы, которые проходят соответствующие стадии испытаний на предприятии-изготовителе.

Другим вариантом системного метода повышения надежности и увеличения технико-экономической эффективности систем электроснабжения устройств СЦБ является использование контактной сети постоянного тока для электропитания устройств СЦБ, что показано на схеме рис. 8. При этом за счет ликвидации ЛЭП СЦБ обеспечивается снижение капитальных вложений и уменьшение эксплуатационных расходов. Надежность подобной системы электроснабжения устройств СЦБ увеличивается за счет двойного резервирования напряжения питания сигнальной точки, что реализуется двумя раздельными секциями питания от контактной сети постоянного тока четного и нечетного пути (первая ступень резервирования) и от ЛЭП ПЭС (вторая ступень резервирования).

Рисунок 8. Структурная схема систем электроснабжения устройств СЦБ

с электротягой на постоянном токе

Здесь блок контроля и стабилизации (БКС) электропитания сигнальной точки (СТ) может быть реализован с применением, как дискретного способа стабилизации напряжения, так и непрерывного. Импульсный преобразователь напряжения постоянного тока ИПНП преобразует напряжение контактной сети постоянного тока в диапазоне от 2400 до 4000 вольт в стабилизированное напряжение переменного тока 220 В частотой 50 Гц.

Для ИПНП проведено исследование наиболее оптимальных схемотехнических решений, изготовлен опытный образец и проводятся его испытания в эксплуатационных условиях.

Способом реализации беспрерывного электроснабжения устройств СЦБ является применение аккумуляторной батареи, которая существует на тяговой или трансформаторной подстанции. Ее напряжение используется для питания инвертора, выходное напряжение которого подается в ВЛ СЦБ. Время работы такого преобразователя составляет не более 1,5 с, то есть заведомо больше времени переключения питания сигнальных точек с основной ВЛ СЦБ на резервную ВЛ ПЭС. При этом снижение емкости аккумуляторной батареи будет несущественным – не более 2 А•ч.

Важным фактором обеспечения устойчивого и беспрерывного электроснабжения является вопрос защиты от перенапряжений, включая грозовые разряды. Выполнен анализ распространения импульсов перенапряжения, вызванных грозовыми разрядами и другими внутренними коммутационными импульсными воздействиями. На основе выполненного анализа распространения экстремальных электрических сигналов определены наиболее оптимальные направления защиты.

Рисунок 9. Усовершенствованная схема защиты от перенапряжений

сигнальной точки СЦБ

Предложены практически реализуемые технические решения защиты аппаратуры сигнальных точек, расположенных в том числе на скалистых и вечномерзлых грунтах. Защита, схема которой приведена на рис. 9, предусматривает исключение из релейного шкафа сигнальной точки разрядников РВНШ–250 и соединение высоковольтного заземлителя подстанции КТПОЛ-1,25/10(6) со средней точкой дросселей-трансформаторов и далее – с рельсами с дальним заземлителем.

Рисунок 10. Схема электроснабжения и заземления оборудования постов ЭЦ

Схема исключает попадание в аппаратуру релейного шкафа перенапряжения со стороны ВЛ СЦБ (ВЛ ПЭС) и со стороны контактной сети при пробое ОПН (рогового разрядника). Кроме того разработана схема заземления устройств электроснабжения и оборудования постов электрической сигнализации (рис. 10).

В пятом разделе проведено технико-экономическое исследование характеристик систем электроснабжения устройств СЦБ и показаны результаты внедрения выполненной диссертационной работы.

Технико-экономическая эффективность предложенных в данной работе и реализованных технических решений может быть выражена двумя основными составляющими. К первой из них следует отнести снижение задержек поездов, которые вызываются отказами в системах электроснабжения СЦБ. Ко второй составляющей относится уменьшение эксплуатационных расходов и сокращение времени устранения предотказных состояний аппаратуры и линий электроснабжения, временно не вызывающих задержек поездов. Эти составляющие являются экономическими категориями. К техническим категориям можно отнести бльшие диагностические возможности новых систем и применение современных аппаратных средств электроники.

В диссертации выполнено исследование экономических показателей систем электроснабжения для трех вариантов: 1) для существующих систем; 2) для варианта замены существующих систем на новые; 3) для внедрения новых систем при строительстве новых участков дорог или оборудовании их устройствами ЭЦ и автоблокировки. Для каждого из вариантов имеются свои закономерности изменения и взаимодействия между капитальными вложениями (если они имеются), экономическими потерями и эксплуатационными расходами.

Показано, что функция погодовых экономических потерь имеет нелинейный вид. Их снижение достигается при увеличении эксплуатационных расходов, что практически не всегда и в достаточно полной степени может быть реализовано в дистанциях электроснабжения сети дорог.

Рассмотрены вопросы взаимосвязи между погодовыми эксплуатационными расходами (Э)1 и экономическими потерями (Пгод)1, вызванными задержками поездов. Определено, что для определенной объективной оценки работы дистанций электроснабжения может быть использован относительный коэффициент, определяемый выражением:

.

Расчеты экономической эффективности показывают, что при замене старых систем электроснабжения на новые, срок их окупаемости составляет не более 1-1,5 года.

Рисунок 11. Распределение внедренных подстанций КТПОЛ по сети дорог

В настоящее время системы электроснабжения, реализованные по результатам выполненной научно-технической работы, внедрены на всех железных дорогах РФ ОАО «РЖД», что показано на гистограмме распределения рис. 11.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате выполнения диссертационной работы установлены следующие основные закономерности, выносимые на защиту.

1. Установлено, что существующие системы электроснабжения обладают рядом недостатков, которые ухудшают основные эксплуатационно-технические и экономические показатели участков железных дорог.

2. Проведено исследование вопросов изменения величины переменного питающего напряжения на функционирование устройств СЦБ.

2.1. Определено, что сверхнормативные отклонения переменного напряжения 220 В питания устройств СЦБ могут вызывать не только ложную занятость рельсовых цепей, но и их ложную свободность.

2.2. Показано, что внедрение в устройства СЦБ современной электронной аппаратуры, включая вычислительную технику, ужесточает требования к стабильности питающих напряжений.

3. Разработана эквивалентная схема системы и найдены расчетные уравнения для определения параметров ВЛ СЦБ и входящих в систему устройств.

4. Проведено сравнение различных методов стабилизации переменного напряжения, использующегося для питания устройств СЦБ, а также системных способов повышения надежности работы анализируемых систем электроснабжения.

5. Выполнен анализ дискретного метода стабилизации напряжения и показано, что он обладает определенными ограничениями по возможностям регулирования напряжения питания устройств СЦБ.

6. Показано, что наиболее рациональным является использование непрерывных методов стабилизации переменного напряжения с применением высокочастотных импульсных преобразователей напряжения.

7. Проведен анализ возможных системных способов повышения надежности функционирования систем электроснабжения, основанный на использовании напряжения контактной сети постоянного тока, применении аккумуляторных батарей тяговых подстанций и предложены практические способы для их реализации.

Pages:     | 1 || 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»