авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 ||

Совершенствование и разработка систем электроснабжения устройств сцб

-- [ Страница 2 ] --

Анализ реальных величин напряжений, приведенный в Разд. 1, показал, что двухпозиционный метод переключения обмоток трансформатора не всегда обеспечивает требуемой стабильности напряжения питания устройств СЦБ. Поэтому предложен дискретный трехпозиционный метод переключения выходных обмоток трансформатора, диаграмма переключений которого показана на рис. 6. Этот метод расширяет диапазон допустимых напряжений U1 ВЛ СЦБ и позволяет улучшить качество напряжения питания устройств СЦБ.

 Диаграмма переключений-11

Рисунок 6. Диаграмма переключений трехпозиционного

дискретного стабилизатора

Анализ показал, что, несмотря на очевидные преимущества трехпозиционного метода по отношению к двухпозиционному, оба они обладают недостатками, которые заключаются в ступенчатом характере изменения напряжения на входе устройств СЦБ.

Исследования показали, что от этих недостатков свободны устройства стабилизации с непрерывными методами регулирования, когда в силовой цепи отсутствуют дискретные переключающие элементы, например, типа тиристоров.

Для рассматриваемого практического использования применимы два варианта аппаратной реализации подобных стабилизаторов (рис. 7), где в импульсных преобразователях напряжения (ИПН) и в нерегулируемых (Нерег. Инв.) или регулируемых (Рег. Инв.) инверторах применяются высокочастотные (fпр = 40-80 кГц) импульсные методы преобразования электрической энергии, которые позволяют снизить материалоемкость аппаратуры электропитания и повысить КПД по сравнению с ранее применявшимися, например, линейными, методами преобразования электрической энергии постоянного тока.

 Варианты схем непрерывных-12

Рисунок 7. Варианты схем непрерывных стабилизаторов напряжения

Очевидно, что с точки зрения КПД () схема по рис. 7.б с энергетической точки зрения обладает преимуществом по отношению к схеме рис. 7.а, так как:

(а) = ВФИПННерег.Инв.,

(б) = ВФРег.Инв

вследствие того, что во второй схеме отсутствует двойное силовое преобразование электрической энергии постоянного тока.

Показано, что законы импульсного регулирования выходного напряжения показанных импульсных преобразователей, а также регулируемых и нерегулируемых инверторов должны иметь следующий вид:

{tи, tп}ИПН = {tи, tп}Рег. Инв = var = f(),

{tи, tп}Нер.Инв. = const.

Так как при практической реализации импульсных преобразователей и инверторов могут быть применены как транзисторы, так и тиристоры, то определены условия применимости тех или иных полупроводниковых приборов:

I1мин >> или I1мин >> ;

или ;)

или .

В настоящее время выполнено исследование процессов работы приведенных схем, определена элементная база, разработаны и изготовлены опытные образцы, которые проходят соответствующие стадии испытаний на предприятии-изготовителе.

Другим вариантом системного метода повышения надежности и увеличения технико-экономической эффективности систем электроснабжения устройств СЦБ является использование контактной сети постоянного тока для электропитания устройств СЦБ, что показано на схеме рис. 8. При этом за счет ликвидации ЛЭП СЦБ обеспечивается снижение капитальных вложений и уменьшение эксплуатационных расходов. Надежность подобной системы электроснабжения устройств СЦБ увеличивается за счет двойного резервирования напряжения питания сигнальной точки, что реализуется двумя раздельными секциями питания от контактной сети постоянного тока четного и нечетного пути (первая ступень резервирования) и от ЛЭП ПЭС (вторая ступень резервирования).

 Структурная схема систем-20

Рисунок 8. Структурная схема систем электроснабжения устройств СЦБ

с электротягой на постоянном токе

Здесь блок контроля и стабилизации (БКС) электропитания сигнальной точки (СТ) может быть реализован с применением, как дискретного способа стабилизации напряжения, так и непрерывного. Импульсный преобразователь напряжения постоянного тока ИПНП преобразует напряжение контактной сети постоянного тока в диапазоне от 2400 до 4000 вольт в стабилизированное напряжение переменного тока 220 В частотой 50 Гц.

Для ИПНП проведено исследование наиболее оптимальных схемотехнических решений, изготовлен опытный образец и проводятся его испытания в эксплуатационных условиях.

Способом реализации беспрерывного электроснабжения устройств СЦБ является применение аккумуляторной батареи, которая существует на тяговой или трансформаторной подстанции. Ее напряжение используется для питания инвертора, выходное напряжение которого подается в ВЛ СЦБ. Время работы такого преобразователя составляет не более 1,5 с, то есть заведомо больше времени переключения питания сигнальных точек с основной ВЛ СЦБ на резервную ВЛ ПЭС. При этом снижение емкости аккумуляторной батареи будет несущественным – не более 2 А•ч.

Важным фактором обеспечения устойчивого и беспрерывного электроснабжения является вопрос защиты от перенапряжений, включая грозовые разряды. Выполнен анализ распространения импульсов перенапряжения, вызванных грозовыми разрядами и другими внутренними коммутационными импульсными воздействиями. На основе выполненного анализа распространения экстремальных электрических сигналов определены наиболее оптимальные направления защиты.

 Усовершенствованная схема-21

Рисунок 9. Усовершенствованная схема защиты от перенапряжений

сигнальной точки СЦБ

Предложены практически реализуемые технические решения защиты аппаратуры сигнальных точек, расположенных в том числе на скалистых и вечномерзлых грунтах. Защита, схема которой приведена на рис. 9, предусматривает исключение из релейного шкафа сигнальной точки разрядников РВНШ–250 и соединение высоковольтного заземлителя подстанции КТПОЛ-1,25/10(6) со средней точкой дросселей-трансформаторов и далее – с рельсами с дальним заземлителем.

 Схема электроснабжения и-22

Рисунок 10. Схема электроснабжения и заземления оборудования постов ЭЦ

Схема исключает попадание в аппаратуру релейного шкафа перенапряжения со стороны ВЛ СЦБ (ВЛ ПЭС) и со стороны контактной сети при пробое ОПН (рогового разрядника). Кроме того разработана схема заземления устройств электроснабжения и оборудования постов электрической сигнализации (рис. 10).

В пятом разделе проведено технико-экономическое исследование характеристик систем электроснабжения устройств СЦБ и показаны результаты внедрения выполненной диссертационной работы.

Технико-экономическая эффективность предложенных в данной работе и реализованных технических решений может быть выражена двумя основными составляющими. К первой из них следует отнести снижение задержек поездов, которые вызываются отказами в системах электроснабжения СЦБ. Ко второй составляющей относится уменьшение эксплуатационных расходов и сокращение времени устранения предотказных состояний аппаратуры и линий электроснабжения, временно не вызывающих задержек поездов. Эти составляющие являются экономическими категориями. К техническим категориям можно отнести бльшие диагностические возможности новых систем и применение современных аппаратных средств электроники.

В диссертации выполнено исследование экономических показателей систем электроснабжения для трех вариантов: 1) для существующих систем; 2) для варианта замены существующих систем на новые; 3) для внедрения новых систем при строительстве новых участков дорог или оборудовании их устройствами ЭЦ и автоблокировки. Для каждого из вариантов имеются свои закономерности изменения и взаимодействия между капитальными вложениями (если они имеются), экономическими потерями и эксплуатационными расходами.

Показано, что функция погодовых экономических потерь имеет нелинейный вид. Их снижение достигается при увеличении эксплуатационных расходов, что практически не всегда и в достаточно полной степени может быть реализовано в дистанциях электроснабжения сети дорог.

Рассмотрены вопросы взаимосвязи между погодовыми эксплуатационными расходами (Э)1 и экономическими потерями (Пгод)1, вызванными задержками поездов. Определено, что для определенной объективной оценки работы дистанций электроснабжения может быть использован относительный коэффициент, определяемый выражением:

.

Расчеты экономической эффективности показывают, что при замене старых систем электроснабжения на новые, срок их окупаемости составляет не более 1-1,5 года.

 Распределение внедренных-24

Рисунок 11. Распределение внедренных подстанций КТПОЛ по сети дорог

В настоящее время системы электроснабжения, реализованные по результатам выполненной научно-технической работы, внедрены на всех железных дорогах РФ ОАО «РЖД», что показано на гистограмме распределения рис. 11.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате выполнения диссертационной работы установлены следующие основные закономерности, выносимые на защиту.

1. Установлено, что существующие системы электроснабжения обладают рядом недостатков, которые ухудшают основные эксплуатационно-технические и экономические показатели участков железных дорог.

2. Проведено исследование вопросов изменения величины переменного питающего напряжения на функционирование устройств СЦБ.

2.1. Определено, что сверхнормативные отклонения переменного напряжения 220 В питания устройств СЦБ могут вызывать не только ложную занятость рельсовых цепей, но и их ложную свободность.

2.2. Показано, что внедрение в устройства СЦБ современной электронной аппаратуры, включая вычислительную технику, ужесточает требования к стабильности питающих напряжений.

3. Разработана эквивалентная схема системы и найдены расчетные уравнения для определения параметров ВЛ СЦБ и входящих в систему устройств.

4. Проведено сравнение различных методов стабилизации переменного напряжения, использующегося для питания устройств СЦБ, а также системных способов повышения надежности работы анализируемых систем электроснабжения.

5. Выполнен анализ дискретного метода стабилизации напряжения и показано, что он обладает определенными ограничениями по возможностям регулирования напряжения питания устройств СЦБ.

6. Показано, что наиболее рациональным является использование непрерывных методов стабилизации переменного напряжения с применением высокочастотных импульсных преобразователей напряжения.

7. Проведен анализ возможных системных способов повышения надежности функционирования систем электроснабжения, основанный на использовании напряжения контактной сети постоянного тока, применении аккумуляторных батарей тяговых подстанций и предложены практические способы для их реализации.

8. Проведено исследование вопросов защиты устройств электроснабжения и аппаратуры СЦБ от грозовых перенапряжений, определены перспективные направления защиты и их практической реализации.

9. Выполнен анализ технико-экономической эффективности существующей и перспективных систем электроснабжения устройств СЦБ.

10. На основании анализа экономической эффективности систем электроснабжения устройств СЦБ предложено использование введенного коэффициента затрат, который позволит объективно оценивать эффективность работы дистанций электроснабжения.

11. Приведены данные о результатах изготовления и внедрения устройств электроснабжения, разработка которых выполнена на основе научно-технических исследований, приведенных в настоящей диссертационной работе.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах соискателя.

1. Набойченко И.О. Совершенствование защиты от перенапряжений оборудования электроснабжения устройств СЦБ // Электроника и электрооборудование транспорта. – 2008. – № 2. – С. 21-28.

2. Набойченко И.О. Анализ работы систем электроснабжения сигнальных точек СЦБ // Транспорт Урала. – 2006. – № 2(9). – С. 19-23. (Журнал входит в перечень ВАК РФ).

3. Набойченко И.О., Аржанников Б.А., Сергеев Б.С. Электроснабжение устройств автоматики, телемеханики и связи / Железнодорожный транспорт. – 2004. – № 6. – С. 48-49. (Журнал входит в перечень ВАК РФ).

4. Аржанников Б.А., Кулаков Б.С., Набойченко И.О. Ступенчатое тиристорное регулирование напряжения трансформаторов под нагрузкой // Совершенствование схем и устройств энергоснабжения транспорта и проектирование их конструкций / Сб. науч. тр. – Вып. 48 (131). – Екатеринбург: УрГУПС, 2005. – С. 27-35.

5. Аржанников Б.А., Набойченко И.О., Ушаков А.Г. Режимы работы трансформатора электропитания сигнальных точек СЦБ // Современные информационные технологии, электронные системы и приборы железнодорожного транспорта / Сб. науч. тр. – Вып. 36 (119). – Екатеринбург: УрГУПС, 2005. – С. 15-21.

6. Набойченко И.О., Аржанников Б.А., Сергеев Б.С. Повышение надежности электропитания сигнальных точек СЦБ // Современные информационные технологии, электронные системы и приборы железнодорожного транспорта / Сб. науч. тр. – Вып. 36 (119). – Екатеринбург: УрГУПС, 2005. – С. 97-102.

7. Аржанников Б.А., Набойченко И.О и др. Особенности схемы питания устройств автоблокировки // Повышение надежности работы устройств электроснабжения железных дорог / Сб. науч. тр. – Вып. 13 (95). – Екатеринбург: УрГУПС, 2002. – С. 61-64.

8. Аржанников Б.А., Набойченко И.О. и др. Повышение надежности электроснабжения сигнальных точек устройств СЦБ // Электрификация и развитие железнодорожного транспорта. Традиции, современность, перспективы / Тез. докл. Международного симпозиума. – СПб.: МПС РФ, 2001. – С. 47-48.

9. Аржанников Б.А., Набойченко И.О. и др. Резервирование питания линий СЦБ // Электрификация и развитие железнодорожного транспорта. Традиции, современность, перспективы / Тез. докл. Международного симпозиума. – СПб.: МПС РФ, 2001. – С. 50

10. Набойченко И.О., Вербицкий В.А. и др. Новый преобразователь для тяговых подстанций // Локомотив. – 1995. – № 3. – С. 38-40.

11. Аржанников Б.А., Набойченко И.О., Фролов Л.А. Блок контроля и управления электропитанием сигнальной точки СЦБ // Теория и практика железнодорожных и промышленных систем и приборов автоматики, информатик и связи / Межвуз. сб. научн. трудов. – Екатеринбург: УрГУПС. – Вып. 23 (105), 2003. –С. 8-14.

12. Патент РФ на изобретение № 2156020. Устройство для питания сигнализации, централизации и блокировки на железнодорожном транспорте / Б.А.Аржанников, И.О.Набойченко и др.

13. Патент РФ на изобретение № 2198456. Мачтовая трансформаторная подстанция / М.Б.Аржанников, И.О.Набойченко.

14. Патент РФ на изобретение № 2198444. Трансформатор / Б.А.Аржанников, И.О. Набойченко, А.Г. Ушаков.

15. Патент РФ на полезную модель № 42136. Система электроснабжения устройств сигнализации, централизации и блокировки железных дорог / Б.А.Аржанников, И.О.Набойченко и др.

НАБОЙЧЕНКО ИГОРЬ ОЛЕГОВИЧ

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА

СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ УСТРОЙСТВ СЦБ

Специальность 05.22.07 – Подвижной состав железных дорог,

тяга поездов и электрификация

Лицензия на издательскую деятельность ИД 03581 от 19.12.2000 г.

Подписано в печать ___.____.2008

Формат бумаги 6984 1/16 Объем 1,5 п.л.

Заказ № ____ Тираж 100 экз.

__________________________________________________________________

Типография УрГУПС, 620034, г.Екатеринбург, ул. Колмогорова, 66



Pages:     | 1 ||
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.