СУПЕРКОНДЕНСАТОРНОЕ УСТРОЙСТВО ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ ОПЕРАТИВНЫХ ТОКОВ ТЯГОВЫХ ПОДСТАНЦИЙ

Полезная модель относится к классу устройств обеспечивающих аварийное или резервное энергоснабжения - H02J 9/00, - при этом использованные (реализованные) схемотехнические решения относятся к классам:
- F02N 11/08, Электрические цепи, приспособленные для запуска двигателей;
- H02J 1/00, Схемы главных и распределительных сетей постоянного тока;
- H02H 7/16, Схемы защиты конденсаторов;
- G01R 31/00, Устройства для определения электрических свойств; устройства для определения местоположения электрических повреждений.
Устройство содержит батарею тяговых аккумуляторов, батарею суперконденсаторов, маломощный блок заряда и оперативного питания, блок многоканальной коммутации и защиты электрических цепей суперконденсаторов, блок многоканальной коммутации и защиты балластных резисторов, блок мониторинга и отображения технического состояния источников тока.
Известно устройство (RU №2433300, кл. F02N 11/08) с использованием совместной работы аккумуляторов (АБ) и суперконденсатора (СК), в котором СК подключается к АБ только на момент разряда на нагрузку, после чего автоматически отключается от АБ. Недостатком данного устройства является:
- необходимость выбора момента включения устройства оператором;
- необходимость заряда СК для совместной работы с АБ, ввиду чего устройство невозможно использовать незамедлительно.
В устройстве (RU №2431055, кл. F02N 11/08) СК находится в постоянной готовности для совместной работы с АБ по команде оператора. Недостатком данного устройства является то, что энергия разряда СК используется не в цепи разряда АБ, а для компенсации провалов напряжения в цепях управления.
В устройстве (RU №2365017, кл. H02J 1/00, B60M 3/00) для обеспечения качества электрической энергии тяговой электросети применяется батарея СК, работающая параллельно с инвертором тяговой подстанции в разрядном и рекуперативном режимах. В режиме импульсного разряда батарея СК работает самостоятельно, при длительном разряде - подключается инвертор тяговой подстанции. Устройство имеет систему предварительного заряда батареи СК, для ее подключения в тяговую электросеть. Недостатком данной системы является необходимость создания высоковольтной батареи СК, содержащей большое количество СК, при кратковременной длительности работы данного источника тока и требующей установки инвертора значительной мощности.
В устройстве (RU №2474024, кл. H02H 7/16, H03K 3/53) предусмотрена защита СК в процессе заряда при пробое одного из СК или в случае короткого замыкания в одном из СК. Недостатком данного устройства является то, что при этом все СК батареи разряжаются на аварийный СК, после чего устройство прекращает выполнять свои функции по назначению.
В устройстве (RU №2103778, кл. H02H 7/00, G01R 31/00) предусмотрена система непрерывного визуального контроля, позволяющая выявить наличие пробоя СК в батарее СК. Недостатком данного устройства является то, что неисправный СК не исключается из состава установки. Также, данное устройство не позволяет своевременно предупреждать о таком важном эксплуатационном показателе, как сопротивление электрической изоляции СК. Техническим результатом полезной модели является:
- повышенная надежность в эксплуатации;
- постоянная готовность устройства к применению по назначению;
- обеспечение назначенного ресурса АБ;
- обеспечение выходных электрических характеристик устройства независимо от степени износа АБ.
Указанный технический результат достигается в суперконденсаторном устройстве электропитания оперативных токов тяговых подстанций, содержащем батарею СК, батарею тяговых АБ, маломощный блок заряда и оперативного питания, блок многоканальной коммутации и защиты электрических цепей СК, блок многоканальной коммутации и защиты балластных резисторов, блок мониторинга и отображения технического состояния источников тока.
На рисунке представлена схема суперконденсаторного устройства электропитания оперативных токов тяговых подстанций, на которой показаны:
1 - батарея СК, соединенных параллельно; 2 - батарея тяговых АБ, соединенных последовательно; 3 - маломощный блок заряда и оперативного питания; 4 - блок многоканальной коммутации и защиты электрических цепей СК; 5 - блок многоканальной коммутации и защиты балластных резисторов; 6 - блок мониторинга и отображения технического состояния источников тока.
Работа схемы происходит следующим образом: перед подключением батареи СК к батарее тяговых АБ и маломощному блоку заряда и оперативного питания, производится предварительный заряд батареи СК с ограничением тока заряда. В качестве ограничителя тока использован блок многоканальной коммутации и защиты балластных резисторов, который совместно с блоком многоканальной коммутации и защиты электрических цепей СК, позволяет выполнить предварительный заряд каждого СК раздельно (отдельными каналами). При этом каждый канал блока коммутации и защиты балластных резисторов переводится в режим «заряд-работа». По достижении на батарее СК напряжения, близкого по значению напряжению батареи тяговых АБ, производится подключение батареи СК к батарее АБ для совместной работы. Значение напряжения на каждом СК и на батарее АБ контролируется по показаниям цифрового вольтметра.
Разряд батареи СК на нагрузку происходит через диоды и устройства защиты. При этом устройства защиты имеют характеристику срабатывания, обеспечивающую импульсный разряд током в 10-12 установочный номинал, что исключает ложное срабатывание защиты при разряде. После разряда на нагрузку происходит автоматический заряд СК с ограничением тока резисторами по каждому каналу заряда.
В случае срабатывания защиты в отдельных каналах блоков СК и резисторов, устройство продолжает выполнять свои функции по назначению. При необходимости можно выполнить отключение любого канала в отдельности.
Для проведения ремонтных или регламентных работ с установкой, в блоке многоканальной коммутации и защиты электрических цепей СК производится принудительное отключение устройств защиты, после чего в блоке многоканальной коммутации и защиты балластных резисторов производится переключение каналов СК в режим «Служебный разряд СК». При этом происходит разряд выбранных СК на соответствующий резистор.
В случае срабатывания устройств защиты в блоках СК и резисторов, вспомогательные контакты, установленные на каждом из устройств защиты, включают оптические индикаторы возникновения неисправности на каждом канале и на конкретном устройстве.
Для предупреждения возникновения пробоя изоляции батареи СК, предусмотрен непрерывный контроль и индикация снижения значения сопротивления электрической изоляции батареи СК ниже заданного порогового.