ШКАФ ТОКОВЫХ СИГНАЛОВ КОМПЛЕКСА ТЕХНИКО-ПРОГРАММНЫХ СРЕДСТВ ПОВЫШЕННОЙ НАДЕЖНОСТИ

Область техники.
Полезная модель относится к области энергетики, электротехники и автоматики и может быть использована для построения автоматизированных систем контроля и управления технологическими процессами электростанций.
Уровень техники
В настоящее время известные шкафы в целом служат для размещения блоков дистанционного управления, формирования команд технологических защит; сигнализации, аналого-дискретного преобразования сигналов, логического преобразования сигналов, временных задержек, преобразования напряжения, обеспечивая внутришкафные соединения между блоками и кроссовыми клеммниками.
Например, устройство шкаф токовых сигналов УКТС-М унифицированного комплекса технических средств (УКТС), предназначенный для кроссировки входных и выходных цепей, а также для размещения и обеспечения условий функционирования служебных и функциональных блоков и источников питания в соответствии с их техническими характеристиками УКТС осуществляет управление оборудованием технологических систем АЭС. УКТС выполняет функции контроля технологических параметров и управления оборудованием технологических систем в соответствии с заданными в УКТС алгоритмами. В аварийных условиях при формировании инициирующего события УКТС обеспечивает выдачу необходимых сигналов воздействия на механизмы и электроприводную арматуру технологических систем безопасности. Механизмы запускаются в определенной последовательности, закрытие/открытие арматуры происходит в соответствии с логикой работы технологических систем. УКТС обеспечивает проведение в режиме нормальной эксплуатации централизованное опробование защит (ЦОЗ) без выдачи управляющих команд, с целью выявления дефектов и отказов, не обнаруживаемых в ходе эксплуатации.
В комплексах УКТС происходит ввод (измерение значений) аналоговых сигналов, ввод дискретных сигналов, определяющих состояние оборудования и технологических процессов энергоблока АЭС, логическая обработка, вывод команд управления и сигнализации шкафами (токовых сигналов) УКТС-М.
Известен шкаф токовых сигналов КСО КТПС-ПН для сбора данных о состоянии технологического оборудования АЭС, состоящего из трех крейтов, один из которых служит для установки служебных блоков: источники питания, блок контроля напряжения, сетевые устройства, второй и третий служат для установки функциональных блоков, обеспечивающих сбор аналоговых сигналов - унифицированных сигналов постоянного тока и напряжения, сигналов от термопар и термопреобразователей сопротивления, а также сбор и выдачу дискретных сигналов, причем функциональные блоки имеют резервированную внутреннюю структуру преобразования входного сигнала и объединены локальной магистралью по стандарту RS-485, обеспечивающей возможность осуществления последовательного опроса функциональных блоков с циклом менее 20 мс, при этом в функциональные блоки встроены фильтры, обеспечивающие подавление синусоидальной помехи на частотах 50 и 60 Гц, при этом в аналоговых блоках применены гальваническая развязка в цифровых цепях и высокоточные измерительные АЦП, а линии связи шкафа от входов функциональных блоков до концентраторов дублированы полностью (см. патент на полезную модель RU 136608, 10.01.2014).
Шкаф токовых сигналов УКТС-М является наиболее близким техническим решением.
Шкаф токовых сигналов УКТС-М предназначен для размещения и обеспечения условий функционирования набора служебных и логических блоков УКТС-М: блоков дистанционного управления, технологических защит; сигнализации, аналого-дискретного преобразования сигналов, распределения унифицированного сигнала, стабилизаторов напряжения, монтажа между ответными частями разъемов блоков и кроссовыми клеммниками.
Шкаф токовых сигналов УКТС-М обеспечивает:
- ввод аналоговых сигналов для их преобразования в дискретный сигнал;
- ввод дискретных сигналов о состоянии технологического оборудования или послеалгоритмической обработки сигналов из соседних шкафов комплекса;
- вывод дискретных сигналов управления и сигнализации или передачу дискретных сигналов для дальнейшей алгоритмической обработки.
К недостаткам шкафа токовых сигналов УКТС-М следует отнести:
- паяное поле логических проводных соединений между функциональными блоками и внутришкафная электропроводка;
- необходимость поддержания температуры в шкафу не выше 40°C путем организации принудительного охлаждения (установки вентиляторов);
- винтовые зажимы на полях XT, требующие периодической протяжки;
- назначенный срок службы 10 лет;
- низкую надежность оборудования, наработка на отказ 50000 ч.
Технический результат заключается в повышении надежности работы разработанного и внедренного устройства шкафа токовых сигналов ШТС КТПС-ПН комплекса технико-программных средств повышенной надежности (КТПС-ПН), который явился дальнейшим развитием УКТС с применением новых технологий, новой элементной базы, прогрессивных технических решений.
2
2
Заявленный технический результат достигается в заявленном устройстве следующим образом. Устройство шкаф токовых сигналов комплекса технико-программных средств повышенной (ШТС КТПС-ПН) для автоматизации управления технологическим оборудованием электростанций характеризуется тем, что дополнительно содержит не менее трех дополнительных крейтов для установки блока контроля изоляции и наличия напряжения и источников питания, которые на выходе каждого своего канала имеют разделительные диоды для параллельной работы двух источников на одну нагрузку и, по меньшей мере, одного дополнительного функционального блока унифицированного конструктивного исполнения и дополнительные виброустойчивые клеммники WAGO для внутренней и внешней коммутации для подключения жил кабелей и проводов сечением от 0,03 мм до 2,5 мм «под зажим».
Кроме того, в устройстве жилы ленточного кабеля подключены к контактам плоского соединителя с проколом изоляции, что в функциональных блоках внутренняя диагностика обеспечивает раннее выявление неисправности до отказа выполнения функции управления и шкаф содержит дублированную локальную сеть.
Заявленное устройство предназначено для размещения и обеспечения условий работы источников вторичного электропитания, служебных блоков и отказоустойчивых функциональных блоков КТПС-ПН с самодиагностикой; кроссировки входных и выходных цепей; монтажа между соединителями блоков и кроссовыми клеммниками; сбора информации от функциональных блоков внутри шкафов с помощью локальных сетей функциональных блоков (ЛСФБ); передачи информации от шкафов по локальной сети периферийных контроллеров (ЛСПК) с использованием последовательных интерфейсов для передачи информации по сетям. Информация о сформированных (принятых и выданных) сигналах передается посредством дублированной локальной сети RS-485 в систему верхнего блочного (станции) уровня через концентраторы. В состав устройства шкафа входят:
- крейт служебных блоков, для установки блоков КТПС-ПН:
- блока контроля изоляции и наличия напряжения БКИН1, ПЮИЖ 3.080.036;
- 2-х контроллеров периферийных ПК, ПЮИЖ 3.081.076-01;
- 4-х источников питания ГН-26-12, ПЮИЖ 2.087.000-06;
- два крейта, для установки 36 функциональных блоков КТПС-ПН;
- коммутационное поле ХВ на 936(26×36) для установки проектных внутришкафных перемычек;
- 36 клеммных колодок XT по 68 контактов для реализации внешних связей;
- 5 клеммных колодок XTN1…XTN5 для размножения цепей шкафа;
- клеммная колодка XTN6 для подачи сигналов и внешнего питания на блок БКИН1 и плату сигнализации;
- блок коммутационный XTS для ввода сигналов по интерфейсу RS-485;
- светодиод «ОТКАЗ».
Устройство является составной частью комплекса технико-программных средств повышенной надежности, предназначенного для создания проектным путем систем автоматизированного управления и контроля технологическими процессами и передачи информации о состоянии технических средств шкафа и технологического оборудования в систему верхнего блочного или станционного уровня.
Назначенный срок службы заявленного устройства шкафа не менее 30 лет.
Наработка на отказ не ниже 450000 ч.
Высокий показатель наработки на отказ шкафа токовых сигналов ШТС КТПС-ПН достигается за счет использования высоконадежных электронных компонентов с низким энергопотреблением, надежных внутришкафных соединений, частичного дублирования цепей внутри функциональных блоков, полного дублирования сетей связи, отсутствия принудительного охлаждения.
Дополнительно шкаф токовых сигналов ШТС КТПС-ПН имеет следующие возможности, отсутствующие у аналога.
2
2
В шкафу установлены оригинальные, высокой надежности и виброустойчивости клеммники WAGO для внутренней и внешней коммутации, позволяющие подключать жилы кабелей и проводов сечением от 0,08 мм до 2,5 мм (внешней - крепление «под зажим») и от 0,03 мм2 до 0,5 мм2(внутренней - крепление «под зажим»).
С целью обеспечения надежного электрического соединения для подключения жил ленточного кабеля внутри шкафа к контактам плоского соединителя использован метод прокалывания изоляции.
Функциональные блоки шкафа сохраняют работоспособность при наличии одного отказа за счет внутреннего резервирования в блоке.
В шкафу служебные блоки - источники питания, на выходе каждого своего канала имеют разделительные диоды, обеспечивающие возможность параллельной работы двух источников на одну нагрузку.
В шкафу, в функциональных блоках имеется внутренняя диагностика, обеспечивающая раннее выявление неисправности до отказа выполнения функции управления.
Функциональные блоки шкафа допускают их выемку и установку обратно в шкаф без отключения питания шкафа.
В шкафу имеется дублированная локальная сеть.
При проектировании КТПС-ПН применены радиоэлектронные компоненты с низким энергопотреблением, обеспечивающие минимальное рассеяние электрической мощности, что позволило отказаться от принудительной вентиляции шкафа при полном заполнении функциональными блоками.
Шкаф сохраняет работоспособность в диапазоне температур +1…+55°C.
Технический результат в ШТС КТПС-ПН достигается совокупностью вышеперечисленных дополнительных возможностей.
Устройство работает следующим образом:
Функциональные блоки обеспечивают ввод дискретных и аналоговых сигналов, определяющих состояние оборудования и технологических процессов энергоблока АЭС, алгоритмическую обработку принятых сигналов в соответствии с проектом и вывод аналоговых и дискретных сигналов управления и сигнализации или передачи их для алгоритмической обработки к другим шкафам КТПС-ПН данной подсистемы.