Электропитание на Железнодорожном транспорте



СОДЕРЖАНИЕ

 

РЕФЕРАТ………………………………………………………………….4

ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………..5

  1. ЭКСПЛУАТАЦИОННАЯ ЧАСТЬ………………………………….7
    1. Характеристика технической оснащенности станции…………….7
    2. Выбор системы электропитания станционных устройств. Структурно-функциональный состав ЭПУ поста ЭЦ………………………….7
  2. ТЕХНИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ ПРОЕКТА……………………………...10
    1. Расчет и выбор элементов ЭПУ поста ЭЦ………………………...10
    2. Схема фазирования питания станционных рельсовых цепей……32
  3. ОРГАНИЗАЦИЯ ЭКСПЛУАТАЦИИ И БЕЗОПАСНОСНОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ УСТРОЙСТВ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ……………………34

ЗАКЛЮЧЕНИЕ………………………………………………………….37

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ…………………….38

 

РЕФЕРАТ

 

Пояснительная записка содержит: 38 страниц, 1 рисунок, , 3 таблицы, 5 источников, чертежей – 3 листа.

Приведены общие принципы организации электропитания устройств  СЦБ и связи на железнодорожном  транспорте, даны характеристики основных систем электропитания. Произведен выбор систем электропитания для станционных и перегонных устройств автоматики и телемеханики.

Разработана структурная  схема электропитающей установки поста ЭЦ, выполнены расчеты основных элементов ЭПУ, разработана функциональная схема ЭПУ поста ЭЦ.

Разработаны мероприятия  по охране труда при эксплуатации устройств электропитания.

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Железнодорожный транспорт  является одним из крупных потребителей электроэнергии.

Электрическая энергия, необходимая  для нормального функционирования аппаратуры автоматики, телемеханики и связи и других устройств в домах связи и постах ЭЦ и ДЦ, обеспечивается электроустановками (ЭУ), которые содержат:

- устройства электроснабжения, состоящие из линий электропередачи  (ЛЭП) и трансформаторных подстанций (ТП), обеспечивающих связь энергосистемой, преобразование и распределение напряжений переменного тока;

- собственные электростанции, осуществляющие резервное электроснабжение;

- сети электросилового  оборудования и освещения, обеспечивающие  электроэнергией системы вентиляции, отопления, оборудование мастерских и рабочее освещение производственных помещений;

- электропитающие установки (ЭПУ) предназначены для преобразования, регулирования, распределения и обеспечения бесперебойной подачи различных напряжений переменного и постоянного тока, необходимых для нормальной работы устройств автоматики и связи.

Внедрение на транспорте автоматической блокировки, электрической и диспетчерской  централизации, автоматических телефонных станций, многоканальных систем передачи и других устройств требует применения более совершенных источников электропитания. Начинают применять установки с полупроводниковыми выпрямителями, используют буферные системы питания. В настоящее время уменьшают число аккумуляторных батарей, повышают роль дистанционного питания, внедряют полностью автоматические электропитающие установки.

Технико-экономические показатели повышаются за счет использования новейших электротехнических материалов, применение интегрально-гибридной технологии; высоковольтных полупроводниковых приборов; повышение частоты тока в преобразователях электроэнергии; разработка новых методов проектирования с использованием возможностей вычислительной техники.

Целью курсового проекта  является разработка электропитающей установки; выбор системы электропитания станционных устройств; разработка структурно-функционального состава ЭПУ поста ЭЦ; расчет и выбор элементов ЭПУ поста ЭЦ; разработка схемы фазирования питания станционных рельсовых цепей; разработка организации эксплуатации и безопасного обслуживания устройств электропитания.

 

 

  1. ЭКСПЛУАТАЦИОННАЯ  ЧАСТЬ

    1. Характеристика технической оснащенности станции

 

Род тяги на участке – переменный ток; внешнее электроснабжение поста ЭЦ осуществляется от двух независимых источников (основной источник питания - ЛЭП, резервный – ЛЭП, ДГА, GB); тип поста ЭЦ - Сз-57; число подходов к станции – 2;  число централизованных стрелок – 55; число стрелок, на местном управлении – 4. Станция расположена во влажной климатической зоне, подверженной снежным заносам. Станция оборудована фазочувствительными рельсовыми цепями частотой 25 Гц с путевыми реле типа ДСШ, кодируемые токами АЛСН частоты 25 ГЦ и стрелочными электроприводами  СП-6 с электродвигателями типа МСП-0,25; маршрутные указатели отсутствуют.

    1. Выбор системы электропитания станционных устройств. Структурно-функциональный состав ЭПУ поста ЭЦ

 

Устройства ЭЦ крупных  станций (с числом стрелок более  30)  относятся к  потребителям  особой  группы I категории,  поэтому  они должны обеспечиваться электроэнергией  от двух независимых источников  питания и от местной электростанции (АДГА) с автозапуском при выключении обоих внешних источников. Используется безбатарейная система электропитания, при которой питание основных объектов ЭЦ  (светофоров, стрелок, рельсовых цепей) осуществляется только переменным током 220В непосредственно от сети или через выпрямители (преобразователи частоты). Для исключения  кратковременных перерывов в работе устройств ЭЦ используется контрольная батарея напряжением 24В.

Емкость контрольной батареи  должна обеспечивать  питание  реле  и аварийного  освещения  в  течение 2 часов и резервное питание  ламп красных огней входных светофоров в течение 12 часов.  В настоящее время для резервирования  питания ламп красных и пригласительных огней входных светофоров контрольная батарея не используется,  а резервирование  осуществляется от аккумуляторных батарей,  устанавливаемых у входных светофоров.

При безбатарейной системе электропитания устройств ЭЦ в настоящее время используются щитовые электропитающие установки (ЭПУ), устанавливаемые на посту ЭЦ и комплектуемые типовыми панелями питания. Применяются панели  серии ЭЦК следующих типов: ПВ-ЭЦК - вводная; ПР-ЭЦК - распределительная; ПВП-ЭЦК - выпрямительно-преобразовательная; ПСП-ЭЦК, ПСТ-ЭЦК - стрелочные; ПП25-ЭЦК - преобразовательная рельсовых цепей.

Вводная панель ПВ-ЭЦК предназначена  для ввода, контроля и начального распределения питания 380/220В по основным видам нагрузок.

Распределительная панель  ПР-ЭЦК служит для распределения питания переменного тока по отдельным нагрузкам ЭЦ,  изолирования нагрузок  от заземленной сети  переменного тока,  а также переключения светофоров, маршрутных указателей и табло на различные режимы питания.

Выпрямительно-преобразовательная панель ПВП-ЭЦК служит для выпрямления трехфазного переменного тока в постоянный ток, автоматического заряда  и содержания в буферном режиме аккумуляторной батареи 24В, преобразования постоянного тока батареи в переменный ток частотой  50Гц и напряжением 220В при отключении внешних сетей для гарантированного питания определенных нагрузок ЭЦ по переменному току, а также для питания аппаратуры постоянного тока напряжением 24 и 220В.

Стрелочные панели ПСП-ЭЦК,  ПСТ-ЭЦК предназначены для питания рабочих цепей стрелочных электроприводов постоянного тока  (ПСП-ЭЦК)  и трехфазного переменного тока (ПСТ-ЭЦК),  а также электрообогрева контактов автопереключателей стрелочных электроприводов. преобразователь и применяются при батарейной системе питания.

Преобразовательная панель  ПП25-ЭЦК предназначена для питания фазочувствительных рельсовых цепей с путевыми реле типа  ДСШ переменным током частотой 25Гц.

Щит выключения  питания  типа ЩВП-73 устанавливается на посту  ЭЦ в целях противопожарной безопасности и предназначен для быстрого  и  надежного одновременного отключения всех источников питания.

Функциональная схема  электропитающей установки поста ЭЦ показывается в однониточном изображении, за исключением цепей питания преобразователей частоты на панели ПП25-ЭЦК. Число фаз цепей межпанельных соединений и нагрузок обозначается на схеме количеством штрихов на ней.

Так по заданию число стрелок  на станции больше 30, то станция относится к особой группе первой категории. Поэтому необходимо использование безбатарейной схемы питания. Структурная схема ЭПУ поста ЭЦ представлена на чертеже И9.085.01.04.01.Э1. Функциональная схема ЭПУ поста ЭЦ представлена на чертеже И9.085.01.04.02.Э2.

 

2 ТЕХНИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

2.1. Расчет и выбор элементов ЭПУ поста ЭЦ

2.1.1. Расчет преобразователя ППВ-1

 

От полупроводникового преобразователя типа ППВ – 1, входящего в состав панели ПВП – ЭЦК, получают питание в случае отключения всех источников переменного тока нагрузки гарантированного питания, приведенные в таблице 1.

В целях повышения КПД  преобразователя ППВ – 1 предусмотрена  возможность настройки преобразователя  на номинальные мощности 0,3; 0,6; и 1,0 кВт. Настройка производится по результатам  расчета максимальной мощности нагрузок .

Рассчитаем максимальную (пиковую) мощность нагрузок ППВ-1:

,       (К-5)

где - суммарная максимальная активная мощность нагрузок,

      - суммарная максимальная реактивная мощность нагрузок .

 ВА.        

Согласно рассчитанному  значению, настраиваем преобразователь на номинальную мощность Рном =300 Вт.

Вычислим коэффициент мощности нагрузки:

,           (К-6)

.           

Так как cosjM > 0,9, то допустимая нагрузка на преобразователь может быть выше номинальной. Определим допустимую мощность нагрузки по формуле:

        (К-8)

Вт         

 

Определим средний коэффициент мощности нагрузок ППВ-1:

,         (К-10)

где РН - суммарная активная средняя мощность,

    QН - суммарная реактивная средняя мощность.

.        

Определим коэффициент загрузки ППВ-1:

,         (К-11)

где Рном – номинальная мощность преобразователя с учетом его настройки на пиковую мощность нагрузки.

Определим КПД преобразователя по формуле:

.         (К-12)

Для нахождения частных значений КПД φ и н воспользуемся графиком, представленным на рисунке 1:

Рисунок 1 – График  зависимости

По графику  видно, что приблизительно ηн=ηφ=0,82

.           

Определим величину потребляемого  тока преобразователем от аккумуляторной батареи :

,           (К-13)

где Uб - номинальное напряжение аккумуляторной батареи, Uб = 24 В.

А.           

Вывод: В данном пункте курсового проекта произведен расчет нагрузок полупроводникового преобразователя-выпрямителя типа ППВ-1, который показан в таблице 1. Произведена настройка преобразователя на номинальную мощность Рном =300 Вт. Определен ток, потребляемый преобразователем от аккумуляторной батареи, Iп = 12,8 А

 

 

 

 

Таблица 1- Расчет нагрузок полупроводникового преобразователя-выпрямителя типа ППВ-1

 

 

 

 

НАИМЕНОВАНИЕ НАГРУЗКИ

 

 

 

Измери-

тель

 

Мощность нагрузок на единицу  измерителя

 

Количе-

ство еди-

ниц изме-

 рителя

 

Максимальная мощность

гагрузок

 

 

Среднесуточный ко-эффициент

Включения,

К

 

Средняя мощность нагрузок

Активная

Р, Вт

Реактивная

Q, ВАр

Активная

Рmax, ВТ

Реактивная

Qmax, ВАр

Активная

РСР, ВТ

Реактивная

QСР, ВАр

Блоки дешифраторов автоблокировки

подход

15

2

2

30

4

1

30

4

Схемы смены направления  и контроля перегонов

 подход

12

6

2

25,4

12

0,88

22,35

10,56

Схемы ДСН станции

Пост ЭЦ

36,5

5

1

36,5

5

0,88

32,12

4,4

Блок импульсного питания  табло и панелей

Пост ЭЦ

9,9

1,2

1

9,8

1,2

0,88

8,62

     1,06

Внепостовые схемы ЭЦ

Пост ЭЦ

80

9

1

80

9

1

80

9

Лампы пультов

ограждения

Пост ЭЦ

91

20,2

1

90

20

0,88

79,2

17,6

 

ИТОГО:

    

∑271,7

     ∑51,2

  

∑252,3

∑46,62


 

      1. Расчет аккумуляторной батареи 24 В.

 

Расчет заключается в  определении емкости батареи и выборе типа аккумуляторов по рассчитанному индексному номеру.

Определим разрядный ток батареи в режиме основного резервирования:

,     (К-14)

где Ia - ток, потребляемый релейной аппаратурой ЭЦ в расчете на одну стрелку,

nс - число стрелок на станции,

IЛС - ток, потребляемый контрольными лампочками повторителей входных светофоров в расчете на один подход,

nвх - количество входных светофоров (равно числу подходов к станции),

IЛП - ток, потребляемый контрольными лампочками табло и панелях питания,

IРП - ток, потребляемый приборами ЭПУ.

Iа =0,262 А, Iлс =0,175 А, Iпр=0,432 А, Iлп =0,175 А, Iп =12,8 А, nс=55, nвх=2.

 А

Расчетное время основного  режима резервирования tpo = 2 ч выбрано с учетом времени, необходимого для устранения возможной неисправности в ДГА.

Найдем разрядный ток в дополнительном режиме резервирования :

,         (К-15)

 А.

В условиях рассматриваемого  режима эксплуатации аккумуляторной батареи  фактическая разрядная емкость составит:

,       (К-16)

где tрд - продолжительность дополнительного режима резервирования,

А*ч.

Приведем к номинальным условиям фактическое значение емкости, требуемой от аккумуляторов:

,      (К-16)

где - расчетная номинальная емкость батареи,

Кс - коэффициент снижения емкости от старения,

Kt - температурный коэффициент емкости,

t0- температура в аккумуляторном помещении,

r - коэффициент интенсивности разряда.

Кс=0,85, Кt=0,008, t0= +150 С. Значение расчетного  коэффициента интенсивности разряда r определяем по режиму разряда батареи током Iбо как наиболее  неблагоприятном для батареи  (Iбо>Iбд).

В таком случае расчетная (возможная) длительность разряда батареи током основного режима  Iбо составит:

,          (К-17)

По полученному значению определяем коэффициент интенсивности разряда равный для 5-часового разряда аккумулятора типа СН.

 А×ч.

 

Определим индексный номер аккумулятора типа СН :

,           (К-18)

где - номинальная емкость аккумулятора типа СН с индексом 1.

~8.

Определим величину номинальной емкости  аккумуляторной батареи :

,А·ч;        (К-19)

А·ч.

Рассчитаем количество аккумуляторов в контрольной батарее:

;                                              (К-20)

где UK – напряжение контрольной батареи в конце разряда,

    Uб – номинальное напряжение контрольной аккумуляторной батареи.

.

Вывод: В ходе произведенных расчетов найдена расчетная номинальная емкость батареи 300,4 А×ч. Выбран аккумулятор типа СН с индексным номером, равным 8, и номинальной емкостью, равной 320 А×ч.

 

      1. Расчет и распределение нагрузок панели ПР-ЭЦК.

 

Суммарная мощность панели ПР-ЭЦК зависит от следующих видов  нагрузки:

    1. Лампочки табло и питающих панелей.

Этой нагрузкой определяется мощность вторичной обмотки «а»  ТС1.

Нагрузка, создаваемая лампочками табло и питающих панелей, в среднем  на одну стрелку. Вт и вар .

Общая нагрузка будет равна:

         (К-21)

          

ВА.

ВА;

2 Светофоры.

Для более равномерного распределения  нагрузки светофоров на питающие устройства в панели ПР – ЭЦК предусмотрена возможность разделения светофоров на четыре группы, которые подключаются к обмоткам «а», «b» и «с» ТС2, а также к обмотке «с» ТС1.

Общую мощность нагрузки от всех светофоров станции определим  по формуле:

         (К-23)

где - полная мощность светофора,

      - количество светофоров на станции.

Рсв=25 Вт, Qсв=19 вар

          (К-23)

ВА.

=2260,8 ВА.

3. Маршрутные указатели.

Маршрутные указатели  на станции отсутствуют, поэтому  их исключаем из рассмотрения.

4. Контрольные цепи стрелок.

Для питания контрольных  цепей стрелок используется напряжение 220 В, получаемое от обмотки «b» ТС1.

Полная мощность цепей  контроля стрелок:

         (К-24)

где - мощность цепей контроля в расчете на одну стрелку. Вт, вар.

ВА.

5. Стрелки местного управления.

Цепи передачи стрелок  на местное управление питаются от обмотки «b» ТС1.

Полная мощность устройств передачи стрелок на местное управление:

          (25)

где - мощность устройств передачи на местное управление одной стрелки.

         - число стрелок двойного управления.

ВА,

 ВА.

6. Дешифрирующие устройства автоблокировки.

Определим мощность дешифраторов автоблокировки, питаемых от обмотки «а» ТС2:

        (К-26)

где - мощность дешифрирующих устройств в расчете на один подход.

       - количество подходов к станции,.

Вт, вар,

ВА.

7. Лампы пультов ограждения составов.

Питание ламп пультов ограждения составов осуществляется от обмотки  «а» ТС2.  На станциях,  число стрелок на которых не превышает 130,  мощность ламп пультов ограждения Sоп (непрерывного и импульсного питания) в целом на пост ЭЦ находится с учетом того, что Роп=90Вт, Qоп =20 вар.

ВА.

8. Трансмиттерные реле и трансмиттеры.

Нагрузка Sтр, создаваемая трансмиттерными реле и кодовыми трансмиттерами на обмотку «b» ТС2, принимаем на пост ЭЦ равной 110 ВА.

9. Внепостовые цепи.

Мощность внепостовых цепей по переменному току 220В, питаемых от обмотки «а» ТС2 через панель ПВП – ЭЦК, определяем по данным расчета нагрузок ППВ – 1. Вт и вар.

ВА.

10. ЭПК пневмоочистки стрелок.

Питание ЭПК пневмоочистки стрелок от снега производится напряжением 220В от обмотки «а» ТС2 через панель ПВП-ЭЦК. Нагрузка от  очистки, учитывая одновременную  очистку двух стрелок в разных районах станции, может быть принята в целом на пост ЭЦ равной Рэпк=26 Вт, Qэпк =94 вар.

ВА.

11. Кодирующие трансформаторы 50 Гц.

Питание кодирующих трансформаторов 50 Гц производится от обмоток «а» и «b» ТС2.

Определим мощность кодирующих трансформаторов:

,         (К-27)

где - мощность одной рельсовой цепи при кодировании ее частотой 50Гц,

      - количество кодируемых рельсовых цепей.

Вт, Вар,

ВА.

Для равномерного распределения  нагрузки между трансформаторами ТС1 и ТС2, а также между вторичными обмотками «b» , «с» ТС1 и «а», «b», «с» ТС2 проделаем следующее:

– на обмотку «с» ТС1 подключим 23 светофора, на обмотки «а», «b», «с» ТС2 – 13, 15, 21соответственно,

– питание ЭПК пневмоочистки стрелок будем производить от обмотки «b» ТС1.

Все исходные данные и результаты расчетов сведем в таблицу 2.

Определим мощности нагрузок на ТС1 и ТС2:

 ВА.

 ВА.

Определим общую мощность нагрузок панели ПР-ЭЦК:

 ВА.

Вывод: Так как кВА, то в состав электропитающей установки будет входить одна панель ПР – ЭЦК. Мощность каждой обмотки трансформаторов ТС1 и ТС2 не превышает 1,5 кВА. Нагрузка между трансформаторами ТС1 и ТС2 р, а также между вторичными обмотками «b» , «с» ТС1 и «а», «b», «с» ТС2 распределена относительно равномерно.

 

 

Расчет и распределение  мощности нагрузок панели ПР-ЭЦК

Наименование нагрузок

 

Измеритель

Мощность единицы измерения

Количество единиц

Распределение нагрузок по вторичным  обмоткам трансформаторов ТС1 и ТС2

ТС1

ТС2

«а»

«b»

«с»

«а»

«b»

«с»

PP, Вт

QQ, вар

pP

qQ

sS

pP

qQ

sS

pP

qQ

sS

pP

qQ

sS

P

Q

S

P

Q

S

  1. Лампы табло и панелей

стрелка

6

0,9

55

330

49,5

333,85

                              
  1. Светофоры

светофор

25

19

72

                

722,2

325

247

707

375

285

660

525

339

659,4

  1. Маршрутные указатели

станция

7

-

        

+

+

+

                        
  1. Контрольные цепи стрелок

стрелка

7,7

5,3

55

      

423,5

291,5

514

              

5

        
  1. Стрелки местного управления

стрелка МУ

8

6

4

      

32

24

40

                        
  1. Дешифраторы автоблокировки

подход

16,6

16,8

2

                  

33,2

33,6

47,2

            
  1. Лампы пультов ограждения

станция

90

20

1

                  

90

20

92,2

            
  1. Трансмиттерные реле и трансмиттеры

пост ЭЦ

50

5

1

                        

50

5

110

      
  1. Внепостовые схемы ЭЦ

пост ЭЦ

80

9

1

                  

80

9

80,5

            
  1. ЭПК пневмоочистки стрелок

пост ЭЦ

26

94

1

      

26

94

97,5

      

+

+

+

            
  1. Кодирующие трансформаторы 50 Гц

рц

11

38

4

                  

22

76

79,1

22

76

79,1

      

Итого

    

333,85

    

652

    

722

    

707

    

660

    

659,4


 

 

 

2.1.4 Расчет нагрузкок выпрямителей ПВП-ЭЦК.

 

Максимальный ток, отдаваемый выпрямителями панели, составляет 50А, в том числе ВП1-З0 А, ПП-20 А.

Ток, потребляемый релейными схемами  ЭЦ, определим по формуле:

,         (К-29)

где Iап - среднесуточный ток, потребляемый релейными схемами поста ЭЦ в нормальном режиме в расчете на одну стрелку.

 Iап = 0,445А.

А.

Ток, потребляемый аккумуляторной батареей от выпрямительных устройств, зависит  от режима ее работ.

В режиме постоянного (непрерывного) подзаряда потребляемый ток составит:

,       (К-30)

А.

В режиме форсированного заряда зарядный ток батарей определяется по формуле:

,         (К-31)

где tвв - время восстановления батареи;

      hа - КПД аккумуляторов.

tвв = 72 ч, hа=0,8.

А.

Определим ток выпрямителей в режиме постоянного подзаряда:

,         (К-32)

А.

Определим ток выпрямителей в режиме форсированного заряда:

,          (К-33)

А.

Вывод: При сравнении тока выпрямителей в режиме постоянного подзаряда с 25 А видно, что Iвп = 25,2 А > 25 А, следовательно используется зарядное устройство ВП-1 и преобразователь-выпрямитель ПП. Так как Iвп = 25,2 А < 42 А, то используем одну панель ПВП-ЭЦК. 

В режиме форсированного заряда Iфз = 30,2 А < 50 А – ограничение тока не требуется.

 

2.1.5 Расчет стрелочной  панели.

 

Расчет стрелочной панели заключается в проверке соответствия тока, потребляемого стрелками при  их переводе, с допустимым током  панели

Определим максимальный пусковой ток, потребляемый от выпрямительной стрелочной панели:

,                                         (К-34)

где IЭП - ток, потребляемый одним электроприводом стрелочного перевода,

ncо - количество одновременно переводимых стрелок,

Для рельсов типа Р-50 IЭП = 2 А.

=1+2
1=3

А.

Определим мощность цепей электрообогрева стрелочных электроприводов:

,                                        (К-35)

где Sэс – мощность цепи электрообогрева, приходящаяся на одну стрелку;

 ВА.

Вывод: Максимальный пусковой ток, потребляемый от выпрямителей Iсп макс = 6 А не превышает максимальный суммарный ток стрелочной панели, который раван 30А.