Системы бесперебойного электропитания микропроцессорных комплексов железнодорожной автоматики и телемеханики тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.22.08, кандидат технических наук Шатохин, Виталий Анатольевич

• Шатохин, Виталий Анатольевич
• кандидат технических наук
• 2007

Оглавление диссертации кандидат технических наук Шатохин, Виталий Анатольевич

Введение

1 Современное состояние вопроса построения систем электропитания.

1.1. Анализ отечественных СЭ ЖАТ.

1.2. Анализ СЭ, применяемых в других отраслях и за рубежом.

1.3. Классификация и анализ устройств бесперебойного питания.

1.4. Выводы и постановка задач исследования.

2. Параметрическая совместимость СЭ.

2.1. Общие сведения о структуре СЭ.

2.2 Оптимизация структуры системы бесперебойного питания.

2.3 Расчет токов короткого замыкания.

2.4. Выводы по разделу 2.

3. Концепция построения систем бесперебойного электропитания микропроцессорных комплексов ЖАТ.6^

3.1. Выбор системы электроснабжения.

3.2. Эксплуатационно-технические требования к СЭ.

3.3. Исследование автономных источников тока.

3.3.1. Аккумуляторная батарея.

3.3.2. Резервная электростанция.

3.4 Выводы по разделу 3.

4. Исследование СЭ ЖАТ на функциональную безопасность и ЭМС.

4.1. Анализ СЭ на функциональную безопасность.

4.2. Методы обеспечения функциональной безопасности СЭ.

4.3. Анализ СЭнаЭМС.

4.4. Методы обеспечения электромагнитной совместимости СЭ.

4.5. Компенсация реактивной мощности.

4.6. Выводы по разделу 4.

5.СЭ микропроцессорных комплексов ЖАТ УЭП-МПК.

5.1. Система УЭП МПК: структура, диагностика, мониторинг.

5.2. Методы проектирования УЭП-МПК.

5.3. Методы технического обслуживания УЭП-МПК.

5.4. Выводы по разделу 5.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Системы бесперебойного электропитания микропроцессорных комплексов железнодорожной автоматики и телемеханики»

В транспортной системе страны из всех видов транспорта железнодорожный транспорт является на сегодняшний день самым безопасным. Важная заслуга в этом принадлежит системам железнодорожной автоматики и телемеханики (ЖАТ), обеспечивающим эту безопасность. Применение систем ЖАТ на современной элементной базе, таких как релейно-процессорные (РПЦ) и микропроцессорные (МПЦ) централизации стрелок и сигналов на станциях, микроэлектронные системы автоматической блокировки на перегонах, обозначило смену поколений оборудования ЖАТ.

Особую актуальность для обеспечения безопасности, отказоустойчивости, долговечности и живучести микроэлектронного оборудования приобретает качество и бесперебойность их электропитания. Совершенствованием систем электропитания (СЭ) решается часть общей проблемы совершенствования всего комплекса электроснабжения систем ЖАТ. Создание СЭ, отвечающих требованиям прогрессивных систем ЖАТ, является одной из важнейших задач в деле повышения пропускной способности транспорта и обеспечения безопасности движения поездов.

Большой вклад в решение проблем электропитания ЖАТ внесли Д.А.Коган, З.П.Эткин, М.М.Молдавский, В.Р.Дмитриев, Б.С.Сергеев, В.И.Смирнова, В.П.Багуц, Н.П.Ковалев, А.М.Костроминов, А.Ф.Петров, М.А.Новиков, Н.М.Степанов, В.А.Кононов и др.

Развитие рынка технических средств (ТС) управления технологическими процессами неизбежно ставит новые проблемы, которые, в первую очередь, ощущают на себе те, кто монтирует и эксплуатирует эти ТС. СЭ ЖАТ выделились в самостоятельный класс ТС со своими сложившимися правилами и особенностями эксплуатации. Соответственно, появились и проблемы, присущие данному конкретному классу, такие как:

- обеспечение бесперебойного, то есть непрерывного во времени, электропитания современных систем ЖАТ;

- отсутствие корректной нормативной базы по созданию и эксплуатации СЭ;

- несовершенство технических решений по организации электропитания, которые к тому же вступают в противоречие с новой редакцией ПУЭ [1];

- отсутствие в терминологии гармонизации с общепромышленными СЭ;

- обеспечение электромагнитной совместимости более чувствительного к помехам, по сравнению с релейными ТС, микроэлектронного оборудования и т.п.

В то же время не только современные ТС как потребители предъявляют повышенные требования к СЭ, но и СЭ диктуют требования потребителям с целью энергосбережения и повышения надежности комплекса систем в целом за счет упрощения и сокращения элементов. Только комплексный подход, предусматривающий сбалансированное взаимодействие оборудования внешней энергосистемы, внутрипостовых устройств электропитания и конечного оборудования потребителей, позволяет достигнуть высоких экономических показателей и обеспечить непрерывность перевозочного процесса.

В соответствии с законом о техническом регулировании N184-03 [2], вступившем в действие с 01.07.2003, многие технические вопросы будут решаться не государством, а профессиональным сообществом. Согласно идеям, лежащим в основе этого закона, государство отказывается от подробного регулирования многих технических вопросов, которое имело место ранее, за исключением особо важных, например, имеющих непосредственное отношение к жизни и здоровью людей. Это приведет к резкому сокращению финансирования со стороны государства разработок многочисленных ГОСТов, руководящих указаний, инструкций, типовых проектных решений и т.п. А поскольку для ведения серьезных работ одного энтузиазма недостаточно, многие технические вопросы будут решаться самостоятельно отдельными министерствами, ведомствами, в ряде случаев отдельными институтами и специалистами. Учитывая еще и то, что свободные рыночные отношения сопровождает широкий ассортимент предлагаемой продукции можно утверждать о том, что задача потребителя по выбору оборудования, оптимально реализующего необходимые ему функции, значительно усложнилась и данная тенденция в дальнейшем будет еще больше усугубляться. Поэтому необходимо дать проектным организациям, проектирующим железнодорожные объекты, четкие обоснованные ориентиры для решения поставленных перед ними задач. Целью исследования является:

- анализ существующих СЭ и выявление их недостатков;

- синтез унифицированной СЭ микропроцессорных комплексов ЖАТ.

Для реализации целей исследования решению подлежат следующие задачи:

- оценка применимости отечественных и зарубежных СЭ к ЖАТ;

- оценка степени унификации потребителей;

- разработка структуры СЭ переходного периода и перспективной;

- разработка требований к элементам СЭ;

- разработка методики оценки безопасности и электромагнитной совместимости СЭ;

- разработка методов проектирования СЭ;

- разработка методов технического обслуживания СЭ.

Заключение диссертации по теме «Управление процессами перевозок», Шатохин, Виталий Анатольевич

5.4. Выводы по разделу 5

1 На основе выполненных исследований разработана структура питающих устройств микропроцессорных комплексов УЭП-МПК, основывающаяся на использовании параллельно резервированной системы бесперебойного питания.

2 Экспертиза и испытания систем бесперебойного питания, проведенные под методическим руководством автора определили в качестве УБП систему SitePro фирмы GEDE, использованную в составе УЭП-МПК на станциях, промышленного транспорта (Качканарский ГОК), Октябрьской и Юго-Восточной ж.д., а также национальных железных дорог республики Казахстан.

3 Неотъемлемой составляющей программно-аппаратных средств являются элементы системы диагностики и мониторинга, обеспечивающие непрерывный съем, обработку, передачу, отображение и архивирование как дискретных параметров УЭП-МПК, так и аналоговых величин напряжений на нагрузках.

4 Разработанные технологические карты и технология обслуживания УЭП-МПК показывают сокращение трудоемкости технологического процесса и увеличение периодичности обслуживания.

Заключение

Анализ типовых решений по электропитанию постов ЭЦ отечественных железных дорог показал, что концепция построения СЭ принятая в данных технических решениях не способна обеспечить полноценное бесперебойное питание микропроцессорных систем ЖАТ, и как следствие, не может обеспечить непрерывность перевозочного процесса.

Анализ отечественных и зарубежных концепций построения СЭ показал тенденции к использованию систем бесперебойного питания для энергоснабжения критичных нагрузок. Укрупнено выделяются две основных концепции систем бесперебойного питания: на основе группового устройства бесперебойного питания переменного тока и на основе шины постоянного тока.

Анализ концепций построения СЭ для МПК ЖАТ показал привлекательностью концепции на основе шины постоянного тока, но отсутствие унификации нагрузок по напряжению делают реализацию данной концепции экономически невыгодной. Проблему унификации нагрузок могут решить вновь разрабатываемые МПЦ при условии выставления разработчикам этих систем корректных требований по использованию электроснабжения.

Предложенная переходная СЭ МПК ЖАТ, синтезированная с учетом реально существующих условий эксплуатации, основана на централизованной параллельно резервируемой системе бесперебойного питания (СБП) переменного тока.

Примененная СБП решает две главные задачи: обеспечение непрерывности электропитания микропроцессорных систем ЖАТ при перебоях внешнего энергоснабжения и обеспечение дорогостоящих систем управления перевозочным процессом качественной элекроэнергией.

Предложенные программы и методики испытаний, разработанные на основе личного опыта автора по проведению испытаний, позволяют выявить слабые места в устройствах электропитания (УБП, ДГА и др.). Предложенная технология обслуживания в процессе эксплуатации позволяет перейти от традиционного регламентного технического обслуживания к менее затратному обслуживанию по состоянию устройств.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Шатохин, Виталий Анатольевич, 2007 год

1. Правила устройства электроустановок, 7-е изд.М:2006.

2. Трубилов В. Закон о техническом регулировании ставит задачи. Решать их придется всей энергетике //Новости Электротехники. 2003. - N З.-С. 22-23.

3. ВНТП/МПС-85. Ведомственные нормы технологического проектирования. М.:1985.

4. НТП/СЦБ МПС 99 Нормы технологического проектирования систем автоматики и телемеханики. М.:1995.5. 501-05-102.88. Типовые материалы для проектирования. Электропитание устройств электрической централизации ЭЦ-10-88. ГТСС: 1988.

5. Устройства СЦБ. Технология обслуживания. Нормативное производственно-практическое издание. М.: Транспорт 1999.

6. IEC-61024-1 (1990-04) Защита сооружений от ударов молнии. Часть 1: Общие принципы.

7. IEC 61312-1 (1995-05) Защита от электромагнитного импульса молнии. Часть 1: Общие принципы.

8. ЦЭ/4846-1991 Инструкция по категорийности электроприёмников не тяговых потребителей ж.д. транспорта.

9. Обеспечение электромагнитной безопасности при эксплуатации компьютерной техники. // Афанасьев А.И., Долотко В.И., Карнишин В.В., Карпиков И.И., Туркевич А.А., Справочное руководство, М.:ГНПП Циклон-Тест, 1999.

10. Электропитание устройств железнодорожной автоматики, телемеханики и связи: учебник для вузов ж.-д. транспорта / Вл.В.Сапожников, Н.П.Ковалев, В.А.Кононов, А.М.Костроминов, Б.С.Сергеев; под.ред. проф

11. Вл.В.Сапожникова. М.:Маршрут,2005.

12. Н.В. Ожиганов. Проблемы можно устранить. Автоматика, связь, информатика №3 2006.

13. ПОТ. Отраслевые правила по охране труда.

14. ТОТ. Типовые инструкции по охране труда для электромехаников и электромонтеров СЦБ

15. Правила по монтажу устройств СЦБ, пр. 32 ЦП1 от 10.02.96

16. НТП ЦКТС-ФЖД-2002 Нормы технологического проектирования цифровых телекоммуникационных сетей на федеральном железнодорожном транспорте.

17. ЦЭ-191. Инструкция по заземлению нетяговых потребителей на электрифицированных участках железных дорог.

18. ПТЭ ЭП. Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей.

19. А.Б.Никитин, В.А.Шатохин. Оптимизация системы электроснабжения микропроцессорных комплексов железнодорожной автоматики и телемеханики / //Вестник Ростовского гос. универ. Путей сообщения 2007. №3. - с. 60-63.

20. А.Б.Никитин, В.А.Шатохин. К вопросу построения систем бесперебойного питания микропроцессорных комплексов железнодорожной автоматики и телемеханики / //Транспорт Урала 2007. №3. - с. 60-63.

21. Реклейтис Г., Рейвиндран А., Рэгсдел К. Оптимизация в технике. В 2-х кн. Кн.1 Пер.с англ. М.:МИР, 1986.

22. Указание МПС № М-2738у от 14.07.2000.

23. Качесов В.Е., Ларионов В.Н., Овсянников А.Г. О результатах мониторинга перенапряжений при однофазных замыканиях на землю в распределительных кабельных сетях // Электрические станции. 2002. - N 8.

24. Жуков В.В. Короткие замыкания в электроустановках напряжением до 1 кВ. М.: Издательство МЭИ, 2004.

25. Application guide for calculation of short-circuit currents in low-voltage radial systems. Stan dart IEC, publication 781, 1989.

26. Каневский Я.М. Защита от замыканий на землю в сетях 6 кВ собственных нужд ТЭЦ с двумя режимами заземления нейтрали // Электрические станции. -2003.-N10.

27. Софинский А.В., Кучеренко В.И., Хуртов И.И. и др. Резистивное заземление нейтрали в сети собственных нужд Энгельской ТЭЦ-3 «Саратовэнерго» // Электрические станции. 2003. - N 2.

28. Кадомская К.П, Виштибеев А.В. Вторая Всероссийская научно-техническая конференция «Ограничение перенапряжений и режимы заземления нейтрали сетей 6-35 кВ // Электрические станции. 2003. - N1

29. Виштибеев А.В., Кадомская К.П., Хныков В.А. Повышение надежности эл. сетей установкой трансформаторов напряжения типа НАМИ // Электрические станции. 2003. -N 3.

30. Монаков В.К. УЗО. Теория и практика. М.: Энергосервис, 2007.

31. Шатохин В.А. Устройство безопасного контроля напряжения Текст. / Ю.А.Федоркин, В.А.Шатохин, В.И.Резник //Автоматика, связь, информатика 2006.-N6.-С. 17-18.

32. ГОСТ 13109-97 Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения.

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

34. ГОСТ Р 50656-2001 Совместимость технических средств электромагнитная. Технические средства железнодорожной автоматики и телемеханики. Требования и методы испытаний.

35. ГОСТ 27699-88 Системы бесперебойного питания приёмников переменного тока. Общие технические условия.

36. ГОСТ Р 50745-99 Совместимость технических средств электромагнитная. Системы бесперебойного питания. Устройства подавления сетевых импульсных помех. Требования и методы испытаний.

37. ГОСТ Р 51179-98 (МЭК 870-2-1-95) Устройства и системы телемеханики. Часть 2. Условия эксплуатации. Раздел 1. Источники питания и электромагнитная совместимость.

38. ГОСТ 13822 82 Электроагрегаты и передвижные электростанции дизельные. Общие технические условия.

39. ГОСТ Р 50571-94 Электроустановки зданий.

40. ГОСТ 14254-96 Степени защиты, обеспечиваемые оболочками.

41. ОСТ 32.78-97 Безопасность железнодорожной автоматики и телемеханики.

42. Безопасность программного обеспечения.

43. ГОСТ Р 50648-94 Совместимость технических средств электромагнитная. Устойчивость к магнитному полю промышленной частоты. Технические требования и методы испытаний.

44. ГОСТ Р 51317.4.2-99 Совместимость технических средств электромагнитная. Устойчивость к электростатическим разрядам. Требования и методы испытаний.

45. ГОСТ Р 51317.4.3-99 Совместимость технических средств электромагнитная. Устойчивость к радиочастотному электромагнитному полю. Требования и методы испытаний.

46. ГОСТ Р 51317.4.4-99 Совместимость технических средств электромагнитная. Устойчивость к наносекундным импульсным помехам. Требования и методы испытаний.

47. ГОСТ Р 51317.4.5-99 Совместимость технических средств электромагнитная. Устойчивость к микросекундным импульсным помехам большой энергии. Требования и методы испытаний.

48. ГОСТ Р 51317.4.6-99 Совместимость технических средств электромагнитная. Устойчивость к кондуктивным помехам, наведённым радиочастотными электромагнитными полями. Требования и методы испытаний.

49. ГОСТ Р 51317.4.11-99 Совместимость технических средств электромагнитная. Устойчивость к динамическим изменениям напряжения электропитания. Требования и методы испытаний.

50. ГОСТ Р 51317.4.16-2000 Совместимость технических средств электромагнитная. Устойчивость к кондуктивным помехам в полосе частот от 0 до 150 кГц. Требования и методы испытаний.

51. Эксплуатационно-технические требования по защите устройств железнодорожной автоматики от коммутационных и атмосферных перенапряжений / Д.В.Гавзов, А.Д.Манаков, В.А.Шатохин и др. //Памятка ОСЖД. Варшава. 2005. 21с.

52. Базелян Э.М. и др. Физические и инженерные основы молниезашиты. Л.: Гидрометеоиздат, 1978.

53. IEC 61024-1-1/ Protection of structure against lightning. Part 1. General principles. Section 1: Guide A. Selection of protection levels for lightning protection systems. 1993.

54. Инструкция по устройству молниезащиты зданий и сооружений. РД 34.21.122-87 / Минэнерго СССР. М.: Энергоатомиздат, 1989.

55. Акопян А.А. Исследование защитного действия молниеотводов //Труды ВЭИ. 1940. - Вып.36. - С. 94-158.

56. Ларионов В.П. Молниезащита. Часть 2 // Электричество. 1999. - N 4,7,9,11.

57. Суднова В.В. Качество электрической энергии. М.: Энергосервис, 2000.

58. Компьютер и система электроснабжения в офисе: современные аспекты безопасной эксплуатации./Под. ред. О.А. Григорьева.-М., изд-во РУДН 2002 62.3евеке Г.В. Основы теории цепей. М.: Энергия, 1975.

59. А.Б.Никитин, О.А.Наседкин., А.Д.Манаков, В.А.Шатохин. Концепция защиты устройств железнодорожной автоматики и телемеханики от перенапряжений / Ж.-д трансп. Серия "Сигнализация и связь" Вып.З.,1. ЭИ/ЦНТИ.-М., 2006.- 28с.

60. НБ ЖТ ЦШ 128-2003 Системы интервального регулирования движения поездов. Нормы безопасности / Д.В.Гавзов, О.А.Наседкин, Т.А.Белишкина, В.А.Шатохин и др. //Москва. 2005. 15с.

61. Шатохин В.А. Электромагнитная совместимость систем железнодорожной автоматики и телемеханики / Технологии ЭМС 2004. - №1(8). - с. 22-28.

62. Г.Б.Игнатов, А.Б.Беляков, Н.В.Горшков, В.Л.Зелинский, В.А.Шатохин. Защита цепей электропитания технических средств железнодорожной автоматики от грозовых и коммутационных перенапряжений / Автоматика, связь, информатика 2003. - №12. - с17.

63. В.Л.Зелинский, В.А.Шатохин. Модернизация защитного фильтра ЗФ-220 / Автоматика, связь, информатика-2006. №6. С. 18-19.

64. В.Л.Зелинский, М.В.Маслов, В.А.Шатохин, Ю.Е. Нечаев. Аппаратура защиты сигнальной установки от перенапряжений / Автоматика, связь, информатика-2007. №2. С. 24-25.

65. A.Nassedkin, A.D.Manakov, V.A.Schatokhin. Die elektromagnetische Vertraglichkeit der Bahnautomatisierungs- und Fernsteuerungssysteme / Signal+Draht (Rail Signalling + Telecommunication) 2006. -№12. - P. 32-35.

66. В.А. Шатохин. Исследование электромагнитной совместимости нового вагона-электростанции поезда «Аврора» / 57-я научно-техническая конференция с участием студентов, молодых специалистов и ученых: тезис, док.-СПб., 1997-C.182-183.

67. Т.А.Белишкина, В.А.Шатохин. Сертификация технических средств железнодорожной автоматики и телемеханики / Седьмая российская научно-техническая конференция по электромагнитной совместимости «ЭМС2002»: сб. докл. СПб., 2002. - С. 436-437.

68. В.А.Шатохин. Оценка влияния подвижных устройств с полупроводниковыми преобразователями на ТС ЖАТ / Седьмая российская научно-техническая конференция по электромагнитной совместимости «ЭМС2002»: сб. докл. СПб., 2002. - С. 50-51

69. А. Д. Манаков, В.А. Шатохин. Проблемы ЭМС систем железнодорожной автоматики и телемеханики / Международный симпозиум по электромагнитной совместимости и электромагнитной экологии: сб. тезис, докл. СПб., 2005. - с. 195-199.