УСТРОЙСТВО БЕСПЕРЕБОЙНОГО ЭНЕРГООБЕСПЕЧЕНИЯ ОБОРУДОВАНИЯ ПУТЕИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ ЛАБОРАТОРИИ НА БАЗЕ ЭЛЕКТРОВОЗА ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Полезная модель относится к области железнодорожного транспорта, а именно к устройству энергообеспечения самоходной путеизмерительной лаборатории (СПЛ), смонтированной на базе магистрального грузового электровоза переменного тока ВЛ80С.
Известен самоходный путеизмерительный комплекс, выполненный в виде двухсекционного электровоза постоянного тока, одна секция которого оборудована штатным тяговым приводом, имеющим опорно-осевое подвешивание тяговых электродвигателей, обеспечивающих скорость движения до 100 км/ч, а другая секция выполнена прицепной со штатной кабиной управления, выполненной с возможностью обеспечения управления комплексом при изменении направления его Движения, и оборудована путеизмерительной аппаратурой, комплексом жизнеобеспечения обслуживающего персонала и системой энергоснабжения, выполненной с возможностью электропитания от контактной сети или от внешнего источника электропитания, расположенного вне комплекса, при этом путеизмерительная аппаратура оборудована бесконтактной системой измерения параметров, характеризующих геометрию рельсовой колеи и геометрию рельсов, системой линейного видеоконтроля и системой контроля динамических параметров. (RU, U1, №134888, B61K 9/08, опубл. 27.11.2013).
Этот комплекс по существу представляет собой самоходную путеизмерительную лабораторию (СПЛ), смонтированную на базе электровоза ВЛ11м.
Устройство энергоснабжения, входящее в состав этого комплекса, выполнено с возможностью электропитания от контактной сети или от внешнего источника электропитания, расположенного вне комплекса.
Ограничениями комплекса являются следующие.
Электровоз жестко привязан к контактной сети, и СПЛ не может функционировать при отсутствии внешнего источника электропитания, расположенного вне комплекса, например, на стоянках вне депо или на линии при отсутствии напряжения в контактной сети.
Таким образом, недостатком известного комплекса является его неавтономность.
Известно устройство энергообеспечения оборудования электровоза переменного тока, содержащее тяговый трансформатор с обмоткой собственных нужд, комплект потребителей переменного тока, блок заряда батарей, аккумуляторную батарею, блок коммутации питания, комплект потребителей постоянного тока, при этом к первому выходу обмотки собственных нужд тягового трансформатора подсоединен комплект потребителей переменного тока, второй выход обмотки собственных нужд соединен с первым входом блока коммутации питания, выход которого соединен с входом комплекта потребителей постоянного тока, третий выход обмотки собственных нужд последовательно через первый вход блока заряда батарей и аккумуляторную батарею соединен со вторым входом блока коммутации питания («Устройство энергообеспечения оборудования электровоза» (Устройство и работа электровоза ВЛ80С, М.: Маршрут, 2006 г., стр. 284-397).
Это устройство энергообеспечения оборудования магистрального грузового электровоза переменного тока выполнено в виде тягового трансформатора, имеющей в своем составе обмотку собственных нужд, от которой запитаны низковольтные потребители электровоза, а также блок заряда батареи, производящий заряд аккумуляторной батареи, при этом в случае пропадания напряжения в контактной сети питание комплекта потребителей постоянного тока переключается на аккумуляторную батарею, а комплект потребителей переменного тока обесточивается.
Таким образом, ограничением этого устройства является нестабильность энергоснабжения комплекта потребителей переменного тока.
Решаемая полезной моделью задача - обеспечение автономности и расширение функциональных возможностей работы устройства энергообеспечения высокоточного контрольно-диагностического оборудования самоходной путеизмерительной лаборатории как от тягового трансформатора магистрального грузового электровоза переменного тока, так и от аккумуляторной батареи и от иных дополнительных источников электроэнергии.
Технический результат, который получен при использовании полезной модели, - повышение надежности за счет бесперебойного энергообеспечения оборудования диагностической лаборатории самоходного путеизмерительного комплекса.
Для решения поставленной задачи с достижением указанного технического результата в известном устройстве энергообеспечения оборудования электровоза переменного тока, содержащем тяговый трансформатор с обмоткой собственных нужд, комплект потребителей переменного тока, блок заряда батарей, аккумуляторную батарею, блок коммутации питания, комплект потребителей постоянного тока, при этом к первому выходу обмотки собственных нужд тягового трансформатора подсоединен комплект потребителей переменного тока, второй выход обмотки собственных нужд соединен с первым входом блока коммутации питания, выход которого соединен с входом комплекта потребителей постоянного тока, третий выход обмотки собственных нужд последовательно через первый вход блока заряда батарей и аккумуляторную батарею соединен со вторым входом блока коммутации питания. Согласно заявленной полезной модели введены блок энергообеспечения, блок управления энергообеспечением, вспомогательная дизель-генераторная установка, оборудование диагностической лаборатории. Первый вход блока энергообеспечения соединен с четвертым выходом обмотки собственных нужд тягового трансформатора, а второй вход блока энергообеспечения соединен с выходом аккумуляторной батареи. Первый силовой выход блока энергообеспечения соединен с входом оборудования диагностической лаборатории. Второй, третий и четвертый управляющий вход блока энергообеспечения соответственно соединен с первым, вторым и третьим управляющим входом блока управления энергообеспечением. Первый управляющий выход блока управления энергообеспечением соединен с четвертым управляющим входом блока энергообеспечения, а его второй управляющий выход - с управляющим входом вспомогательной дизель-генераторной установки. Первый выход вспомогательной дизель-генераторной установки соединен с третьим входом блока энергообеспечения, а ее второй выход - со вторым входом блока заряда батарей. Блок энергообеспечения выполнен с возможностью преобразования постоянного напряжения в переменное, а также подсоединения вспомогательной дизель-генераторной установки для передачи переменного трехфазного напряжения по его первому силовому выходу ко входу оборудования диагностической лаборатории.
Возможен дополнительный вариант выполнения устройства, в котором целесообразно, чтобы блок энергообеспечения был выполнен из трех датчиков наличия питания, выпрямительного моста, обратного диода, преобразователя, выполненного обеспечивающим преобразование постоянного напряжения в переменное, контактора, причем четвертый выход обмотки собственных нужд посредством первого входа блока энергообеспечения через первый датчик наличия напряжения, выпрямительный мост подключен ко входу преобразователя, к которому также посредством второго входа блока энергообеспечения подключен через второй датчик наличия напряжения и обратный диод выход аккумуляторной батареи, первый выход вспомогательной дизель-генераторной установки посредством третьего входа блока энергообеспечения подключен к третьему датчику наличия напряжения, управляющие выходы третьего, первого и второго датчиков наличия напряжения соответственно служат вторым, третьим и четвертым управляющими выходами блока энергообеспечения, выход преобразователя и выход третьего датчика наличия напряжения через контактор, выходы которого служат первым силовым выходом блока энергообеспечения, подключены ко входу оборудования диагностической лаборатории, причем управляющий вход контактора служит четвертым управляющим входом блока энергообеспечения.
Указанные преимущества полезной модели поясняются вариантом ее выполнения со ссылками на прилагаемые чертежи.
Фиг. 1 изображает обобщенную функциональную блок-схему заявленного устройства. Курсивом мелким шрифтом на фиг. 1 обозначены номера входов и выходов соответствующих блоков;
Фиг. 2 изображает функциональную схему блока энергообеспечения;
Фиг. 3 - блок-схему алгоритма блока управления энергообеспечением.
Устройство (фиг. 1) содержит тяговый трансформатор 1 с обмоткой 2 собственных нужд, комплект 3 потребителей переменного тока, блок 4 коммутации питания, комплект 5 потребителей постоянного тока, блок 6 заряда батарей, аккумуляторную батарею 7. Первый выход обмотки 2 собственных нужд тягового трансформатора 1 соединен с входом комплекта 3 потребителей переменного тока. Второй выход обмотки 2 собственных нужд соединен с первым входом блока 4 коммутации питания, выход которого соединен с входом комплекта 5 потребителей постоянного тока. Третий выход обмотки 2 собственных нужд соединен с первым входом блока 6 заряда батареи, выход которого соединен с входом аккумуляторной батареи 7, в свою очередь выход аккумуляторной батареи 7 соединен со вторым входом блока 4 коммутации питания.
В устройство введены блок 8 энергообеспечения, блок 9 управления энергообеспечением, вспомогательная дизель-генераторная установка 10, оборудование 11 диагностической лаборатории. Первый вход блока 8 энергообеспечения соединен с четвертым выходом обмотки 2 собственных нужд тягового трансформатора 1. Второй вход блока 8 энергообеспечения соединен с выходом аккумуляторной батареи 7. Первый силовой выход блока 8 энергообеспечения соединен со входом оборудования 11 диагностической лаборатории. Второй, третий и четвертый управляющий вход блока 8 энергообеспечения соответственно соединен с первым, вторым и третьим управляющим входом блока 9 управления энергообеспечением. Первый управляющий выход блока 9 управления энергообеспечением соединен с четвертым управляющим входом блока 8 энергообеспечения, а второй его управляющий выход - с управляющим входом вспомогательной дизель-генераторной установки 10. Первый выход вспомогательной дизель-генераторной установки соединен с третьим входом блока 8 энергообеспечения, а ее второй выход - со вторым входом блока 6 заряда батарей. Блок 8 энергообеспечения выполнен с возможностью преобразования постоянного напряжения в переменное, а также подсоединения вспомогательной дизель-генераторной установки 10 для передачи переменного трехфазного напряжения по его первому силовому выходу ко входу оборудования 11 диагностической лаборатории.
Блок 8 энергообеспечения (фиг. 2) может быть выполнен из трех датчиков 12, 13, 14 наличия питания, выпрямительного моста 15, обратного диода 16, преобразователя 17, выполненного обеспечивающим преобразование постоянного напряжения в переменное, контактора 18. Упомянутый четвертый выход обмотки 2 собственных нужд посредством первого входа блока 8 энергообеспечения через первый датчик 12 наличия напряжения и выпрямительный мост 15 подключен ко входу преобразователя 17, к которому также посредством второго входа блока 8 энергообеспечения подключен через второй датчик 13 наличия напряжения и обратный диод 16 выход аккумуляторной батареи 7. Первый выход вспомогательной дизель-генераторной установки 10 посредством третьего входа блока 8 энергообеспечения подключен к третьему датчику 14 наличия напряжения. Управляющие выходы третьего 14, первого 12 и второго 13 датчиков наличия напряжения соответственно служат вторым, третьим и четвертым управляющими выходами блока 8 энергообеспечения. Выход преобразователя 17 и выход третьего датчика 14 наличия напряжения через контактор 18, выходы которого служат первым силовым выходом блока 8 энергообеспечения, подключены ко входу оборудования 11 диагностической лаборатории. Управляющий вход контактора 18 служит четвертым управляющим входом блока 8 энергообеспечения.
Работает «Устройство бесперебойного энергообеспечения оборудования диагностической лаборатории на базе электровоза переменного тока» (фиг. 1) следующим образом.
При движении электровоза переменного тока в основном первом режиме работы энергоснабжение оборудования 11 диагностической лаборатории (как диагностическое, так бытовое) осуществляется от обмотки 2 собственных нужд тягового трансформатора 1 за счет подсоединения первого входа блока 8 энергообеспечения к четвертому выходу обмотки 2 собственных нужд и подачи трехфазного напряжения на линию питания оборудования 11 диагностической лаборатории.
В заявленном устройстве, в отличие от аналогов, во втором режиме работы аккумуляторная батарея 7 дополнительно используется в качестве буферной при перерывах во внешнем энергоснабжении оборудования 11 диагностической лаборатории, в частности, при кратковременных пропаданиях напряжения в контактной сети. В случае длительных пропаданий напряжения в контактной сети во избежание чрезмерного разряда аккумуляторной батареи 7 производится автоматический запуск вспомогательной дизель-генераторной установки 10.
В третьем режиме работы используется вспомогательная дизель-генераторная установка 10, которая включается в работу при остановке электровоза переменного тока на необорудованных стоянках либо при длительных пропаданиях напряжения в контактной сети и от нее производится энергоснабжение оборудования 11.
Зарядка аккумуляторной батареи 7 осуществляется как от обмотки 2 собственных нужд по штатной схеме, так и дополнительно от вспомогательной дизель-генераторной установки 10.
Первый выход вспомогательной дизель-генераторной установки 10 подсоединен через третий вход блока 8 энергообеспечения для подачи напряжения на линию питания оборудования 11 диагностической лаборатории, а второй выход - к третьему входу блока 6 заряда аккумуляторной батареи для подзарядки аккумуляторной батареи 7.
Все три режима работы устройства осуществляются при помощи блока 9 управления энергообеспечением замыканием соответствующих контактов контактора 18 в блоке 8 энергообеспечения, в соответствии с описанными выше режимами.
Работает блок 8 энергообеспечения (фиг. 2) следующим образом.
В первом режиме работы энергообеспечение оборудования 11 диагностической лаборатории осуществляется от первого входа блока 8 энергообеспечения, к которому подключен первый датчик 12 наличия напряжения от обмотки 2 собственных нужд тягового трансформатора 1, далее через выпрямитель 15, преобразователь 17 постоянного напряжения в переменное (трехфазное), силовые контакты контактора 18, замкнутые в первом и втором режимах работы, через первый силовой выход блока 8 энергообеспечения на вход оборудования 11 диагностической лаборатории.
Во втором режиме работы при кратковременных пропаданиях напряжения в контактной сети, аккумуляторная батарея 7 дополнительно используется в качестве буферной и энергообеспечение оборудования 11 диагностической лаборатории осуществляется от второго входа блока 8 энергообеспечения, к которому подключен датчик 13 наличия напряжения аккумуляторной батареи 7, далее через обратный диод 16, обеспечивающий бесконтактный переход схемы энергообеспечения на второй режим работы, преобразователь 17, силовые контакты контактора 18, замкнутые в первом и втором режимах работы, через первый силовой выход блока 8 энергообеспечения на вход оборудования 11 диагностической лаборатории.
В третьем режиме работы используется вспомогательная дизель-генераторная установка 10, которая включается в работу при остановке электровоза переменного тока на необорудованных стоянках либо при длительных пропаданиях напряжения в контактной сети и энергоснабжение оборудования 11 производится от третьего входа блока 8 энергообеспечения, к которому подключен третий датчик 14 наличия напряжения вспомогательной дизель-генераторной установки 10, далее через силовые контакты контактора 18, замкнутые в третьем режиме работы, через первый силовой выход блока 8 энергообеспечения на вход оборудования 11 диагностической лаборатории.
Таким образом, за счет введения дополнительных блоков и связей между ними удается достичь указанный технический результат - повысить надежность работы за счет бесперебойного энергообеспечения оборудования диагностической лаборатории.
Для обеспечения всех трех режимов работы блок 9 управления энергообеспечением может реализовывать алгоритм (фиг. 3), использующий четыре блока 20, 21, 22, 23 принятия решений и четыре блока 24, 25, 26, 27 управления.
При наличии напряжения на первом датчике 12 (фиг. 2, 3) по выходу «Да» в блоке 20 принятия решений осуществляется управление на замыкание левого контакта контактора 18 блоком 24. При отсутствии напряжения на первом датчике 12 по выходу «Нет» в блоке 20 принятия решений осуществляется переход на блок 21, в котором производится сравнение - есть напряжение на втором датчике 13. Если есть напряжение по выходу «Да» блока 21, то осуществляется переход на блок 22 принятия решений - «Время работы от аккумуляторной батареи 7 < 10 мин?». Если «Да» на выходе блока 22, то производится управление на замыкание левого контакта контактора 18 блоком 25. Если «Нет» на выходе блоков 21, 22 принятия решений, то осуществляется переход на блок 26 - к управлению на запуск вспомогательной ДГУ 10. Таким образом, реализуется подключение дизель-генераторной установки 10 при остановке электровоза переменного тока на необорудованных стоянках либо при длительных пропаданиях напряжения в контактной сети.
Блоком 23 принятия решений осуществляется проверка - «есть напряжение на третьем датчике 14?». Если «Да», то блоком 27 осуществляется управление на замыкание правого контакта контактора 18 (как показано на фиг. 2). Если «Нет» по выходу блока 23, то независимо от выходов «Нет» блоков 21, 22 принятия решений по выходу блока 23 «Нет» подается команда на принудительный запуск вспомогательной ДГУ 10. Автоматически после запуска вспомогательной ДГУ 10 появляется напряжение на третьем датчике 14, и по выходу «Да» блока 23 принятия решений осуществляется управление на замыкание правого контакта контактора 18. При этом по второму выходу вспомогательной ДГУ 10 (фиг. 1) посредством блока 6 заряда батарей осуществляется подзарядка аккумуляторной батареи 7. Управление положением контактов контактора 18 производится с первого управляющего выхода блока 9 управления энергообеспечением на четвертый управляющий вход блока 8 энергообеспечения, а управление запуском вспомогательной ДГУ 10 осуществляется со второго управляющего выхода блока 9.
Заявленное устройство энергообеспечения оборудования электровоза переменного тока было рассчитано на базу магистрального грузового электровоза переменного тока ВЛ80С.
Использовались тяговый трансформатор 1, тип ОДЦЭ-5000/25Б. Мощность номинальная - 4485 кВт. КПД при номинальной мощности - 0,98.
Обмотка собственных нужд 2 тягового трансформатора 1. В номинальном режиме обеспечивает:
- ток максимальный - 550 А;
- мощность максимальная - 225 кВ⋅А;
- режим работы - длительный, с обеспечением подзарядки аккумуляторной батареи, питанием цепей управления и освещения и других вспомогательных потребителей электровоза.
Комплект 3 потребителей переменного тока - различные вспомогательные электромашины электровоза ВЛ80С.
Блок 4 коммутации питания - распределительный щит типа РЩ-34.
Комплект 5 потребителей постоянного тока - различные потребители постоянного тока, в первую очередь цепи освещения, сигнализации и управления электровоза ВЛ80С.
Блок 6 заряда батарей состоит из выпрямительного полууправляемого моста и ограничивающего резистора заряда батареи, которые осуществляют питание аккумуляторной батареи 7 в режим заряда.
Батарея 7 аккумуляторная. Тип - свинцово-кислотная батарея 24ТН-450 со сроком службы восемь лет. Технические характеристики:
- номинальное напряжение батареи - 48В;
- номинальная емкость - 2×450 Ач.
Выпрямитель 15 блока 8 энергообеспечения (фиг. 2) собран по мостовой схеме из четырех диодов ДЛ-232-80 и обратного диода 16 того же типа. Применялся контактор 18 типа КВ-2 (сдвоенный силовой вакуумный) с током коммутации до 630 А. Преобразователь 17 статического постоянного напряжения в переменное трехфазное типа СТПР-600, максимальная мощность 60 кВт.
Блок 9 управления энергообеспечением состоит из реле управления и переключателей, обеспечивающих заданный алгоритм (фиг. 3) управления блоком 8 энергообеспечения в соответствии с описанными режимами работы устройства.
В качестве вспомогательной дизель-генераторной установки 10 (фиг. 1, 2) использовался дизель-генератор Fischer Panda номинальной мощностью 50 кВ⋅А трехфазного переменного тока напряжением 380В. Специалистам понятно, что она может быть выбрана и несколько большей, не ухудшая бесперебойности энергоснабжения оборудования, и определяется нагрузкой диагностического оборудования.
Наиболее успешно заявленное «Устройство бесперебойного энергообеспечения оборудования диагностической лаборатории на базе электровоза переменного тока» промышленно применимо в самоходных путеизмерительных комплексах с высокими требованиями к качеству энергоснабжения, базирующимися на базе электровозов переменного тока.