БЛОК КОНТРОЛЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ ИЗОЛЯЦИИ И НАЛИЧИЯ НАПРЯЖЕНИЯ БАЗОВОГО ШКАФА 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 унифицированного комплекса технико-программных средств (УКТС) 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.
При этом блоки контроля сопротивления изоляции и наличия напряжения устанавливаются в эти шкафы.
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 осуществляет управление оборудованием технологических систем различных электростанций, в том числе атомных (АЭС) и тепловых (ТЭС).
В комплексах УКТС происходит ввод (измерение значений) аналоговых сигналов, ввод дискретных сигналов, определяющих состояние оборудования и технологических процессов энергоблока, логическая обработка, вывод команд управления и сигнализации шкафами УКТС-М.
Например, известен блок контроля изоляции и наличия напряжения в составе шкафа управления, содержащий вертикально ориентированный прямоугольный каркас, образованный скрепленными между собой вертикальными стойками и фронтальными балками, при этом шкаф выполнен с разделенными вертикальной перегородкой отсеками: присоединения кабелей и функциональной аппаратуры, последний из которых снабжен выдвижными модульными блоками, устанавливаемыми ярусами по всему объему отсека, при этом на каждом ярусе для каждого модульного блока закреплены направляющие, а каждый модульный блок снабжен направляющими для взаимодействия с направляющими соответствующего яруса и фиксатором требуемого положения в шкафу, обеспечивающим независимое выдвижение любого блока. При этом фиксатор положения блока содержит закрепленный на основании блока подпружиненный стержень, связанный с ручкой, установленной с возможностью перемещения в Г-образном отверстии, выполненном на лицевой панели блока, при этом на каждом ярусе установлены горизонтальные пластины с выполненными в них рядами отверстий для захода в них соответствующего подпружиненного фиксатора (см. патент на полезную модель RU 61471, 27.02.2007).
Наиболее близким аналогом заявленной полезной модели является блок контроля напряжения, в составе шкафа 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).
Блок контроля изоляции и наличия напряжения предназначен для контроля понижения сопротивления изоляции между шинами и корпусом шкафа и контроля понижения напряжения источников питания в шкафу в соответствии с функциональным назначением и для правильного и безопасного управления механизмами электростанций.
Блоки такого типа, например БКИН-1 устанавливаются в шкаф УКТС-М, который обеспечивает условия для его нормального функционирования, предназначены для контроля понижения сопротивления изоляции между шинами и корпусом шкафа; контроля понижения напряжения более чем на 5% на выходах одной группы блоков и более чем на 10% на выходах другой группы блоков; контроля повышения напряжения более чем на 5% на шинах ±15 В и более чем на 10% на шинах 24 В шкафа УКТС.
К недостаткам известного блока БКИН-1 следует отнести:
- отсутствие резервирования логической схемы;
- отсутствие возможности передачи информации по цифровым локальным сетям;
- отсутствие внутренней диагностики;
- низкую надежность радиоэлектронных компонентов;
- высокое тепловыделение и, как следствие, необходимость установки вентиляторов в шкафу, где установлен блок;
- назначенный срок службы 10 лет;
- наработку на отказ 50000 ч.
Раскрытие полезной модели
Технический результат заключается в повышении надежности работы разработанного блока контроля сопротивления изоляции и наличия напряжения (БКИН) комплекса технико-программных средств повышенной надежности КТПС-ПН.
Заявленный технический результат достигается тем, что блок контроля сопротивления изоляции и наличия напряжения шкафа базового комплекса технико-программных средств повышенной надежности (ШБ КТПС-ПН) для автоматизации управления технологическим оборудованием электростанции, характеризуется тем, что содержит микроконтроллер с жестким программированием, на котором реализована локальная сеть для передачи информации о состоянии блока, входных и выходных сигналов блока на верхний уровень, а также контакты для подключения блока к цепям питания, локальной сети и клеммникам.
Блок контроля сопротивления изоляции и наличия напряжения характеризуется также тем, что содержит индикаторы на лицевой панели блока.
Осуществление полезной модели
В блоке использован микроконтроллер с жестким программированием. Микроконтроллер выполняет функции:
- чтение входных сигналов;
- формирование информационных сообщений;
- выработка выходных сигналов в соответствии с функциональной схемой. Блок контроля сопротивления изоляции и наличия напряжения (БКИН),
размещаемый в шкафу базовом ШБ КТПС-ПН комплекса технико-программных средств повышенной надежности предназначен для организации цепей вызывной сигнализации с целью контроля понижения сопротивления изоляции в шкафу, отклонения напряжения на источниках питания, обеспечения световой сигнализации на лицевой панели и выдачи всей необходимой информации в цифровой форме в локальную сеть функциональных блоков (ЛСФБ).
Блок обеспечивает:
1) контроль напряжения на шинах 5,7 В и 12 В, а также на выходах блоков питания до разделительных диодов;
2) контроль сопротивления изоляции между входами контроля напряжения, электрическим нулем и корпусом при питании от источников шкафа, а также при обесточенном шкафе при питании от внешнего напряжения 48 В (24 В для индивидуального исполнения);
3) выдачу вызывного сигнала и сигнализацию светодиодами лицевой панели блока:
- при понижении напряжений на входах контроля шин шкафа 5,7 В и 12 В более чем на 5% (5,7-0,285 В и 12-0,6 В);
- при понижении или повышении напряжений на входах контроля источников питания 6,1 В более чем на ±0,285 В, 12,4 В более чем на ±0,6 В, а для входа 24,4 В более чем на ±2,4 В;
- при понижении сопротивления изоляции до уровня 30 кОм и ниже (отклонение в выдаче сигнала от уставки 30 кОм не более ±10%);
- сигнализацию неисправности блока;
- выдачу информации о состоянии блока, в локальную сеть функциональных блоков ЛСФБ для ввода в периферийный контроллер;
- выдачу реквизитов (тип блока, заводской номер, дату изготовления) для ввода в периферийный контроллер.
Блок выполнен в унифицированном конструктивном исполнении, в своей конструкции содержит контакты для подключения к цепям питания, локальной сети и клеммникам. Блок является служебным и имеет определенное место установки в шкафу.
Блок БКИН входит в группу служебных блоков шкафа базового ШБ КТПС-ПН и 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 блока не менее 30 лет.
Наработка на отказ не ниже 200000 ч.
Высокий показатель наработки на отказ блока БКИН достигается за счет использования высоконадежных электронных компонентов.
Применяемые в блоке радиоэлектронные компоненты с низким энергопотреблением не требуют организации принудительной вентиляции шкафа, в котором блок установлен.
Дополнительно блок контроля сопротивления изоляции и наличия напряжения БКИН имеет следующие возможности, отсутствующие у аналога.
Блок допускает выемку и установку его обратно в шкаф без отключения питания шкафа.
В блоке установлен микроконтроллер с жестким программированием, обеспечивающий работу блока и его диагностику.
В блоке на микроконтроллере реализована локальная сеть для передачи информации о состоянии блока, о состоянии входных и выходных сигналов блока на верхний уровень.
В блоке предусмотрена диагностика, обеспечивающая выявление неисправности путем индикации на лицевой панели блока и передачи информации в цифровом виде по локальной сети на верхний уровень.
Таким образом, блок имеет возможности, отсутствующие у аналога, что крайне важно, поскольку к работоспособности оборудования, обеспечивающего технологический процесс, например, АЭС, предъявляются национальные и международные требования обеспечения безопасности.
Блок состоит из следующих узлов:
- контроля напряжения;
- контроля понижения сопротивления изоляции;
- формирования выходных сигналов;
- сторожевого таймера;
- вспомогательного питания;
- индикации;
- локальной сети.
Выявление неисправности в блоке происходит в результате проверки ОЗУ в процессе инициализации, а также путем проверки контрольных сумм и диагностирования аппаратной части в процессе работы блока.
Узел сторожевого таймера предназначен для аппаратного сброса микроконтроллера при его зависании. Если микроконтроллер не запустится после сброса сторожевым таймером, то сторожевой таймер продолжит посылать импульсы сброса с частотой 40 мс и на лицевой панели блока высветится сигнал неисправности.
Технический результат в КТПС-ПН достигается совокупностью вышеперечисленных дополнительных возможностей.