Совершенствование устройств электропитания железнодорожной автоматики и телемеханики

соким скоростям движения железнодорожного транспорта в России требует обновления норм по устойчивости к воздействию механических нагрузок. Это согласуется с опытом эксплуатации ВСМ в европейских странах.

Библиографический список

1. Технический регламент (проект). «О безопасности высокоскоростного железнодорожного транспорта».

2. ОСТ 32.146-2000. Аппаратура железнодорожной автоматики, телемеханики и связи. Общие технические условия.

3. ERTMS/ETCS. Environmental requirements. Reference EEIG 97s066.

УДК 656.25

В. А. Шатохин, канд. техн. наук

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ УСТРОЙСТВ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОЙ АВТОМАТИКИ И ТЕЛЕМЕХАНИКИ

С 2000 года в Центре компьютерных железнодорожных технологий (ЦКЖТ) кафедры «Автоматика и телемеханика на железных дорогах» Петербургского университета путей сообщения проводятся научноисследовательские работы в направлении совершенствования электропитающих устройств микропроцессорных комплексов железнодорожной автоматики и телемеханики (ЖАТ).

В 2002 году централизованной системой бесперебойного питания (СБП) разработки ЦКЖТ был оборудован Центр диспетчерского управления (ЦДУ) Петербургского метрополитена. В 2004 году были приняты в эксплуатацию на железнодорожном узле Санкт-Петербург-Московский-Сортировочный Октябрьской железной дороги устройства электропитания микропроцессорного комплекса (УЭП-МПК) пятого парка, а затем комплекс был дополнен устройствами электропитания второго парка (2005) и парка Обухово (2006).

Комплекс из трех парков с системой бесперебойного питания на основе моноблочных устройств бесперебойного питания (УБП) в 2007 году был принят в промышленную эксплуатацию и рекомендован к тиражированию. В настоящее время данная система широко тиражируется на магистральном транспорте ОАО РЖД.

50

В 2006 году УЭП-МПК была интегрирована с микропроцессорной централизацией МПЦ-МЗ-Ф на элементной базе фирмы «Сименс» и включена в эксплуатацию на Юго-Восточной железной дороге. В 2008 году на Красноярской железной дороге были внедрены устройства электропитания микропроцессорных комплексов на основе шины постоянного тока (УЭП-МПК-ШПТ). В 2009 году УЭП-МПК-ШПТ были адаптированы для станций «Девяткино» и «Удельная» Петербургского метрополитена с учетом специфики работы в метрополитене (УЭП-МПК-ШПТ-М). Данная система может быть с успехом применена для любой электрической централизации (ЭЦ): релейной, релейно-процессорной, микропроцессорной. При этом можно достаточно экономично и компактно организовать электропитание и комплексной автоматизированной системы диспетчерского управления (КАСДУ), и электрической централизации, и прочего оборудования от одной и той же установки.

Обобщенная структурная схема СБП на основе шины постоянного тока (ШПТ) приведена на рисунке 1. СБП ШПТ по сравнению с СБП на основе моноблочных УБП имеет следующие преимущества:

- масштабируемость, то есть увеличенияе мощности при изменении потребления нагрузкой;

- унифицируемость, так как её открытая архитектура позволяет использовать компоненты разных производителей и разработчиков и однотипность оборудования для разных категорий станций;

- осуществление перехода от регламентного технического обслуживания к техническому обслуживанию по состоянию с возможностью автоматической (горячей) замены блоков;

- высокая живучесть за счет уменьшения напряжения (количества) аккумуляторных батарей (АКБ) и трансформации последовательного включения аккумуляторов в последовательно-паралельную;

- при резервировании переход от дублирования к технологии N+1, заключающейся в параллельном включении нескольких элементов (АКБ, выпрямителей, инверторов, конверторов) с избыточностью на один элемент по сравнению с расчетными значениями, что позволяет уменьшить нагрузку на сеть внешнего энергоснабжения и снизить проектную мощность резервной дизельной электростанции;

- построение системы питания с несколькими параллельно работающими входами без предварительной коммутации фидеров автоматом ввода резерва (АВР) и, как следствие, низкий уровень генерируемых коммутационных помех;

- построение системы питания с неодинаковыми фидерами (одно-, двух-, трех- и многофазными) с равномерной загрузкой последних.

Принцип работы СБП ШПТ заключается в следующем. Одно-, двух-или трехфазное входное напряжение равномерно распределяется между

51

всеми выпрямителями. Выходы выпрямителей объединяются ШПТ. Инверторы питаются от ШПТ через элементы токовой защиты. Контроль и управление осуществляет контроллер, основными функциями которого является равномерное распределение мощности между резервируемыми элементами и обеспечение диагностики и мониторинга работы системы. При отказе контроллера система питания способна работать самостоятельно длительное время, обеспечивая нагрузку необходимым питанием, а также заряжать батарею. Сигнализация состояния системы может выдаваться различными интерфейсами, а также безпотенциальными «сухими» контактами.

Шина интерфейса CAN

В УЭП-МПК-ШПТ на автоматизированное рабочее место дежурного по станции (АРМ ДСП) передается обобщенный сигнал «Авария питающей установки», а детализированные сигналы, необходимые для поиска и устранения повреждения, отображаются на мнемосхеме рабочего места

52

дежурного электромеханика (АРМ ШН). Устройство выполнено по архитектуре N+1. Все блоки и аккумуляторные линейки меняются в «горячем» режиме. Кроме того, значительно снижены его вес и габариты за счет отказа от трансформаторов, работающих на частоте 50 Гц, а также применения преобразователей и конверторов с гальванической развязкой на высокочастотных трансформаторах.

Структура устройства электропитания, адаптированного для метрополитена, приведена на рисунке 2. По архитектуре построения УЭП-МПК-ШПТ-М имеет сквозную изоляцию от земли от фидеров до питаемого оборудования, что немаловажно для устройств СЦБ. Это необходимо для того, чтобы при одиночном отказе устройства не нарушалось функционирование нагрузки. При сообщении с землей одного полюса гальваноизолированного питания происходит трансформация в сеть питания с заземленным полюсом. При этом оборудование продолжает работать, а обслуживающему персоналу выдается сигнал неисправности.

Рис. 2

53

В глухозаземленной системе при первом замыкании на землю фазного провода срабатывает токовая защита и оборудование нагрузки обесточивается. Во всех ответственных электроустановках (в медицинских, на атомных станциях, на судах) применяется изолированное от земли электропитание. Кроме того, что немаловажно для метрополитена, глухозаземленные сети питания являются более пожароопасными по сравнению с изолированными от земли сетями.

Для электропитания средств вычислительной техники, использующих в своем составе импульсные источники питания с симметричными фильтрами по входу, больше подходит симметрично изолированная от земли сеть электропитания, а питание компьютерной техники глухозаземленным напряжением ухудшает ее помехоустойчивость.

Важным аспектом применения СБП является проблема обеспечения функциональной безопасности. Суть проблемы состоит в том, что при любых отказах аппаратно-программных средств данного УБП, оно не должно допускать превышения выходного напряжения и генерировать частоты, совпадающие с рабочими частотами рельсовых цепей, цепей кодирования, цепей АЛС-АРС и функциональных преобразователей управления стрелок и сигналов ЭЦ. По своей сути УБП является мощным программно управляемым генератором. При превышении напряжения на выходе УБП выше 280 В (вследствие отказа его элементов или сбоя программного обеспечения) может не выполняться шунтовой режим рельсовой цепи, что является опасным отказом. При генерации частот, совпадающих с рабочими частотами рельсовых цепей и цепей кодирования, возможно включение путевого приемника от этих паразитных частот в обход рельсовой цепи, а это тоже опасный отказ.

В рамках научно-исследовательских работ ЦКЖТ проводил исследование соответствия требованиям функциональной безопасности различных типов УБП и инверторов различных производителей для ОАО РЖД. В результате этих исследований были выработаны рекомендации, на основании которых в настоящее время построены все установки бесперебойного питания на ОАО РЖД. Однако из-за разобщенности с магистральным транспортом метрополитены этим серьезным вопросам до сих пор не уделяют должного внимания и применяют для электропитания ЖАТ непроверенные УБП.

В установках электропитания разработки ЦКЖТ используется только качественные компоненты, прошедшие испытания на функциональную безопасность и электромагнитную совместимость, что выгодно отличает их от аналогичных средств других разработчиков.

54