Организация электроснабжения устройств ЖАТ

⇐ ПредыдущаяСтр 18 из 25Следующая ⇒

Источниками электрической энергии, необходимой для работы любых электротехнических устройств, в том числе объектов железнодорожного транспорта, являются электростанции (тепловые, гид-ро-, атомные), объединенные в единую энергетическую систему (ЕЭС). Передача электроэнергии потребителям, расположенным на значительном расстоянии от источников, производится по линиям электропередачи (ЛЭП). Для снижения электрических потерь в ЛЭП передача электроэнергии на расстояния осуществляется при высоком напряжении. Для повышения и понижения напряжения служат трансформаторные подстанции.
Система электроснабжения железнодорожного транспорта является составной частью ЕЭС. Линии электроснабжения разбиты на отдельные участки — плечи питания длиной, как правило, не более 50 км. В каждое плечо питания электроэнергия подается с двух сторон — от двух взаимно резервируемых пунктов питания (ПП). В качестве пунктов питания на электрифицированных участках используются тяговые подстанции, на неэлектрифицированных участках — районные подстанции. Если длина плеча питания превышает 50 км, то в середине плеча включается пункт секционирования, разделяющий участок на два полуплеча. В нормальном режиме электроснабжение каждого полуплеча осуществляется от «своего» пункта питания, а при отключении одного из ПП все плечо подключается ко второму.
Согласно ПТЭ, номинальное напряжение переменного тока на устройствах СЦБ должно быть 110, 220 или 380 В. Отклонения от указанных величин номинального напряжения допускаются в сторону уменьшения не более 10 %, в сторону увеличения — не более 5 %.
Основные требования к системе электроснабжения устройств СЦБ следующие: не допускать отклонений значений напряжений в электрических сетях от установленных норм; при необходимости обеспечивать автоматическое переключение питания с основного источника на резервный; обеспечивать отключение полностью или по участкам линий электроснабжения для проведения ремонтных работ.

Принципы организации электропитания перегонных и станционных устройств СЦБ см. в [4, 29]. Основным источником электропитания устройств автоматики и телемеханики являются высоковольтные сигнальные линии СЦБ (ВСЛ СЦБ), сооружаемые вдоль путей перегонов, напряжением 6 или 10 кВ. Электроэнергия от ВСЛ СЦБ подается к потребителям через понижающие линейные трансформаторы.

Каждая сигнальная точка (сигнальная установка) автоблокировки должна обеспечиваться питанием от двух источников — основного и резервного. Различают две системы электропитания устройств автоблокировки — переменного тока и смешанную.

При системе переменного тока, которая является основной для Российских железных дорог, устройства автоблокировки получают основное и резервное питание от высоковольтных линий. В качестве резервного источника питания используются: на участках с автономной тягой и электротягой постоянного тока — высоковольтные линии продольного энергоснабжения (ВЛ ПЭ) напряжением 10 кВ; на участках с электротягой переменного тока — провода системы «два провода-рельо (ДПР) напряжением 27, 5 кВ или ВЛ ПЭ напряжением 35 кВ. Электроэнергия от резервных линий подается к потребителям через понижающие линейные трансформаторы или комплектные трансформаторные подстанции.

При смешанной системе релейные схемы сигнальных установок автоблокировки получают питание от ВСЛ СЦБ, а рельсовые цепи — от местных аккумуляторных батарей, которые также являются резервным источником питания для релейных схем. При новом проектировании и строительстве смешанная система электропитания автоблокировки не применяется, так как процесс технической эксплуатации аккумуляторов, расположенных на сигнальных точках, требует значительных ресурсозатрат.

Электропитание устройств автоматической переездной сигнализации осуществляется по схеме электропитания устройств автоблокировки с обязательным третьим источником (при системе питания переменного тока) — аккумуляторной батареей.

Электропитание устройств электрической централизации осуществляется от двух (на станциях с числом стрелок до 30) или трех (на станциях с числом стрелок более 30) независимых источников. В последнем случае в качестве третьего источника используется местная электростанция. Различают две системы электропитания устройств ЭЦ— безбатарейную и батарейную.

При безбатарейной системе, которая является основной для станций сети железных дорог, питание основных объектов (светофоров, стрелочных электроприводов, рельсовых цепей) осуществляется переменным током непосредственно от сети или через выпрямители (преобразователи частоты). Для исключения кратковременных перерывов в работе устройств ЭЦ при переключении питания с основного источника на резервный и обратно используется контрольная аккумуляторная батарея. Эта же батарея используется в качестве резервного источника питания релейных схем и ламп табло при отключении всех источников переменного тока. Резервирование питания ламп красных и пригласительных огней входных светофоров осуществляется от аккумуляторных батарей, устанавливаемых в батарейных шкафах у входных светофоров.

При батарейной системе устанавливаются две аккумуляторные батареи — рабочая, предназначенная для резервного питания стрелочных электроприводов и контрольных цепей стрелок, и контрольная. При новом проектировании и строительстве батарейная система электропитания устройств ЭЦ не применяется.

Конструктивно устройства электропитания на постах ЭЦ представляют собой электропитающие установки (ЭПУ), комплектуемые типовыми панелями различного назначения. ЭПУ имеют в составе устройства ввода, преобразования, регулирования, распределения и обеспечения бесперебойной подачи различных напряжений переменного и постоянного тока.

Для резервирования электроснабжения устройств СЦБ в качестве местных электростанций применяют автоматизированные дизель-генераторные установкитипов ЦГА-12М, ДГА-24М, ДГА-48М, ДГА-100 и Э-8Р, 2Э-16АЗ (число после дефиса означает выходную мощность в кВт).

В состав ДГА входят дизель-генератор, щит управления дизель-генератором ЩДГА, щит автоматики вспомогательный ЩАВ, а также вспомогательное оборудование — топливные и масляные баки, насосы подкачки топлива, аккумуляторные батареи, шкаф заряда батарей ШЗБ, устройства вентиляции и отопления.

ДГА вырабатывают трехфазное переменное напряжение 380 В частотой 50 Гц. Генераторы снабжены аппаратурой системы самовозбуждения и автоматического регулирования напряжения, которая обеспечивает точность поддержания напряжения в пределах ±2 % среднерегулируемого значения. Генераторы допускают 10-процентную перегрузку по мощности в течение 1 ч при номинальных значениях напряжения и коэффициента мощности. Гарантированный моторесурс ДГА составляет до 4000 ч.

Предусмотрены два способа пуска ДГА: дистанционный (по сигналу телеуправления или путем нажатия кнопки «Пуск» на щите управления) и автоматический (при исчезновении или снижении напряжения внешней сети, при аварийной остановке другого, ранее работавшего агрегата и при понижении температуры в помещении до +8 °С — пуск на самопрогрев). Предусмотрены два способа остановки ДГА — нормальная (при дистанционной остановке агрегата, появлении напряжения внешней сети и повышении температуры помещения до +20 °С, если ДГА включался на самопрогрев) и аварийная (при срабатывании устройств защиты от перегрузок).

В последние годы в качестве резервных источников питания используются новые дизель-генераторные станции: ДГА типа «Президент—Нева» (разработчик — «Энергетический центр «Президент-Нева», Санкт-Петербург, Россия), например, АД48—Т400, АД60— Т400, АД 100—Т400 номинальной мощностью соответственно 48; 60; 100 кВт, вырабатывающие трехфазное переменное напряжение 400/230 В частотой 50 Гц, а также дизельные электростанции производства компаний Gen Set (Италия) и F.G. Wilson (Великобритания).
Принципы работы и эксплуатация аккумуляторов

Химическим источником тока (ХИТ) называется устройство, преобразующее химическую энергию активных веществ в электрическую энергию. Основные элементы ХИТ — два электрода и электролит, помещенные в корпус. При взаимодействии активных веществ электродов и электролита (электрохимическая реакция) один электрод получает положительный потенциал, другой — отрицательный. При подключении к электродам нагрузки вследствие разности потенциалов в нагрузке протекает постоянный электрический ток. Этот процесс называется разрядом ХИТ. ХИТ делятся на два типа — первичные (однократного использования) и вторичные (многократного использования). У первичных ХИТ активные вещества электродов и электролита, расходуемые при разряде, не восстанавливаются, у вторичных ХИТ — восстанавливаются. Для восстановления активных веществ к электродам подключается источник постоянного тока, этот процесс называется зарядом ХИТ.
Аккумулятором называется вторичный ХИТ, обладающий способностью накапливать (аккумулировать) электрическую энергию и отдавать ее в нагрузку. Последовательное соединение нескольких аккумуляторов называется аккумуляторной батареей.
В зависимости от состава электролита аккумуляторы делятся на кислотные (употребляются также названия «кислотно-свинцовые» или «свинцово-кислотные») и щелочные. Кислотные аккумуляторы имеют более высокий коэффициент полезного действия и меньшее снижение напряжения при разряде, а щелочные обладают более высокой механической прочностью. Поэтому в качестве стационарных источников питания устройств СЦБ применяются в основном кислотные аккумуляторы, а щелочные могут использоваться в качестве переносных или временных источников.

Аккумуляторы (аккумуляторные батареи) применяются в качестве резервных источников питания аппаратуры ЭЦ (в электропи-тающих установках постов ЭЦ), устройств автоматической переездной сигнализации, аппаратуры управления входными светофорами на станциях, рельсовых цепей постоянного тока, а также для запуска дизель-генераторных установок (стартерные батареи). Департаментом автоматики и телемеханики ОАО «РЖД» разрешены к применению в устройствах электропитания аппаратуры СЦБ аккумуляторы следующих типов: кислотные АБН-72, ССАП-76, СКЗ—СК14, OP, OPSE, OpzS, VE (аккумуляторы типа VE — только с панелями типов ПР2-ЭЦ, ПВП1-ЭЦК, ПВВ-ЭЦ электропитающих установок); щелочные никель-кадмиевые KPL 70Р, 5KPL 70Р. Эксплуатационно-технические характеристики аккумуляторов приведены в [4, 17, 29].

Принцип действия кислотного аккумулятора показан на рис. 4.1 [4, 29]. Активными веществами, участвующими в электрохимической реакции, являются: на положительном электроде — оксид свинца РЬ02 (темно-коричневого цвета); на отрицательном электроде — губчатый свинец РЬ (серого цвета); электролит — водный (Н20) раствор серной кислоты H2SO4. В водном растворе молекулы серной кислоты распадаются на положительно заряженные ионы водорода 2Н+ и отрицательно заряженные а ионы кислотного остатка S042-. При подключении нагрузки г аккумулятор начинает разряжаться, и через нагрузку протекает разрядный ток /р (рис. 4.1, а). В процессе разряда за счет взаимодействия серной кислоты с активными массами электродов образуются молекулы сульфата свинца PbS04 (на электродах) и воды. При этом плотность электролита уменьшается. При глубоком разряде сульфат свинца превращается в твердую крупнокристаллическую соль, которая плохо восстанавливается при заряде. Поэтому, если плотность электролита достигла 1, 15—1, 17 г/см3, дальше аккумулятор разряжать не следует.

Для заряда аккумулятор подключается к источнику постоянного тока ИП (рис. 4.1, б). В процессе заряда под воздействием зарядного тока /3 на отрицательном электроде восстанавливается свинец, на положительном — оксид свинца. При этом образуются дополнительные молекулы серной кислоты. Плотность электролита увеличивается. При достижении плотности электролита 1, 20—1, 24 г/см3 (в зависимости от типа аккумулятора) процесс восстановления активных веществ прекращается, а дальнейшее воздействие зарядного тока может вызвать разложение воды на кислород и водород, при смешивании которых образуется взрывоопасная смесь («гремучий газ»). Поэтому при наличии признаков «кипения» электролита (образование пузырьков кислорода и водорода) заряд аккумулятора необходимо прекратить.

У щелочных никель-кадмиевых аккумуляторов [4, 29] в качестве электролита используется водный раствор гидроксида калия (КОН) или гидроксида натрия (NaOH) плотностью 1, 19—1, 21 г/см3 с добавлением гидроксида лития (LiOH) для увеличения срока службы. Активная масса отрицательного электрода состоит из губчатого кадмия, положительного — из гидроксида никеля №(ОН)з. При разряде аккумулятора активная масса отрицательного электрода превращается в гидроксид железа Fe(OH)2, положительного электрода — в гидроксид никеля Ni(OH)2. На образование этих веществ КОН (NaOH) не расходуется, поэтому плотность электролита при разряде не изменяется. Часть воды под действием разрядного тока разлагается на кислород и водород, которые испаряются, поэтому в аккумулятор периодически требуется добавлять воду. При заряде аккумулятора активные массы электродов восстанавливаются.

Основным способом включения аккумуляторных батарей является буферное включение (рис. 4.2), при котором батарея GB включается параллельно источнику постоянного тока — выпрямительному устройству (ВУ): при нормальной работе выпрямительного устройства батарея сглаживает пульсации выпрямленного напряжения, а при отключении внешнего питания или неисправности ВУ — обеспечивает питание нагрузки. При буферном включении используются два основных режима работы аккумуляторов — непрерывного под-заряда и импульсного подзаряда |4].

В режиме непрерывного подзаряда (рис. 4.2, а) ВУ питает нагрузку ГH. Аккумуляторная батарея находится в заряженном состоянии и непрерывно подпитывается от ВУ небольшим постоянным током, компенсирующим саморазряд. В режиме импульсного подзаряда (рис. 4.2, б) ВУ также питает нагрузку ГH и подзаряжает аккумулятор, но при этом значение силы тока подзаряда зависит от напряжения на батарее. Для контроля значения напряжения на батарее устанавливается реле напряжения РН. При разряде батареи до установленного порогового (минимального) значения напряжения реле РН отпускает якорь, его тыловой контакт замыкается, и значение силы тока, отдаваемого выпрямительным устройством, резко увеличивается. Происходит так называемый форсированный заряд батареи. Когда значение напряжения на батарее увеличится до установленного нормального значения, реле РН включится и разорвет цепь форсированного заряда.

В состав работ по техническому обслуживанию аккумуляторов входят проверка состояния (осмотр и чистка в случае необходимости), проверка уровня и измерение плотности электролита, измерение напряжения на аккумуляторах [53]. Требования безопасности при эксплуатации аккумуляторов изложены в [31, 48, 53].

Аккумуляторы (аккумуляторные батареи) в зданиях постов ЭЦ размещаются в специальных помещениях — аккумуляторных, вне служебно-технических зданий (у сигнальных точек автоблокировки, на переездах, у входных светофоров и др.) — в батарейных шкафах или батарейных ящиках [3].

В аккумуляторных помещениях аккумуляторы устанавливаются на специальных деревянных стеллажах, количество и размеры которых зависят от типа и количества монтируемых аккумуляторов. Стеллажи располагаются таким образом, чтобы обеспечивался свободный доступ к аккумуляторам. Расстояние между стеллажами должно быть не менее 1 м. Аккумуляторы размещаются таким образом, чтобы исключить возможность одновременного прикосновения человека к двум токоведущим частям, разность потенциалов которых превышает 250 В. Размещать в одном помещении кислотные и щелочные аккумуляторы запрещается. Аккумуляторные помещения оборудуются приточно-вытяжной вентиляцией, которая должна включаться перед началом заряда и отключаться не ранее, чем через 1, 5 ч после окончания заряда. В аккумуляторном помещении запрещается хранить и принимать пищу, курить, входить в помещение с огнем, пользоваться электронагревательными приборами, а также инструментом, который может дать искру.
При приготовлении кислотного электролита кислота медленно, тонкой струей, из кружки вливается в термостойкий (эбонитовый, фарфоровый, керамический, фаянсовый или др.) сосуд с дистилированной водой. При этом запрещается пользоваться стеклянной посудой. Электролит следует постоянно перемешивать стеклянным или эбонитовым стержнем (трубкой), либо мешалкой из огнеупорной пластмассы. Запрещается при приготовлении электролита заливать воду в кислоту, разрешается доливать воду в готовый электролит. Для приготовления щелочного электролита можно также ис-пользовать железные или чугунные сосуды, запрещается использовать оцинкованную, луженую, алюминиевую, керамическую посуду, а также посуду, которая использовалась для приготовления кислотного электролита. Раздробленные куски гидроксида калия следует опускать в дистилированную воду при помощи стальных щипцов, пинцета или металлической ложки и перемешивать стеклянной или эбонитовой палочкой до полного растворения.

При работе с кислотой необходимо надевать грубошерстный или хлопчатобумажный защитный костюм с кислосгойкой пропиткой, при работе с щелочью — хлопчатобумажный. Также следует надевать резиновые сапоги (под брюки) или галоши, резиновый фартук, резиновые перчатки и защитные очки. При попадании кислоты или щелочи на открытые участки тела, необходимо промыть эти участки сначала водой, затем нейтрализующим раствором соды или борной кислоты.

При монтаже и обслуживании аккумуляторных батарей запрещается прикосновение голыми руками (без резиновых перчаток) кто-коведущим частям (клеммам, контактам, проводам) и свинцовым пластинам. При работе с щелочными аккумуляторами следует использовать инструменте изолированными ручками.

Перспективными химическими источниками тока являются герметизированные аккумуляторные батареи, например, кислотные батареи серий 24V SPzV, OpzV Block, OGiV HP производства фирмы BAE (Берлин, Германия) [5]. Такие батареи являются необслуживаемыми, что существенно сокращает расходы на их эксплуатацию, и имеют длительный срок службы, в 3—4 раза превышающий срок службы негерметизированных аккумуляторов. Герметизированные аккумуляторы не выделяют в окружающий воздух продукты электрохимических реакций, поэтому для их установки не нужны специальные аккумуляторные помещения. Кроме того, такие аккумуляторные батареи более устойчиво работают в условиях низких температур.

Разрядники

⇐ Предыдущая 13 14 15 16 171819 20 21 22 Следующая ⇒