Суперконденсаторное устройство электропитания оперативных токов тяговых подстанций

 

Полезная модель относится к классу устройств обеспечивающих аварийное или резервное энергоснабжения в частности электроснабжение оперативных токов тяговых подстанций и может быть использовано при строительстве новых или модернизации существующих тяговых подстанций. Согласно полезной модели суперконденсаторное устройство электропитания оперативных токов тяговых подстанций содержит пять параллельных каналов батарей суперконденсаторов, батарею тяговых аккумуляторов, маломощный блок заряда и оперативного питания, блок многоканальной коммутации и защиты электрических цепей суперконденсаторов, блок многоканальной коммутации и защиты балластных резисторов, блок мониторинга и отображения технического состояния источников тока. Цепи каждой суперконденсаторной батареи имеют индивидуальную схему заряда и разряда через токоограничивающий (балластный) резистор, который в свою очередь имеет индивидуальное устройство защиты и отключения, при этом выбор режима работы суперконденсаторов обеспечивается соответствующим переключателем. Работоспособность устройства сохраняется и в случае аварийного срабатывания любого из устройств защиты и отключения с использованием оставшихся каналов подключения, при этом происходит визуальная индикация местоположения сработавшего устройства. Для предупреждения возникновения пробоя или снижения емкости суперконденсаторов предусмотрен непрерывный мониторинг задаваемого порогового значения сопротивления электрической изоляции батареи суперконденсаторов, по достижении которого срабатывает визуальная индикация события. Техническим результатом полезной модели является повышенная надежность в эксплуатации, постоянная готовность устройства к применению по назначению, обеспечение назначенного ресурса аккумуляторной батареи и обеспечение выходных электрических характеристик устройства независимо от степени износа аккумуляторной батареи. 1 Илл.

Полезная модель относится к классу устройств обеспечивающих аварийное или резервное энергоснабжения - H02J 9/00, - при этом использованные (реализованные) схемотехнические решения относятся к классам:

- F02N 11/08, Электрические цепи, приспособленные для запуска двигателей;

- H02J 1/00, Схемы главных и распределительных сетей постоянного тока;

- H02H 7/16, Схемы защиты конденсаторов;

- G01R 31/00, Устройства для определения электрических свойств; устройства для определения местоположения электрических повреждений.

Устройство содержит батарею тяговых аккумуляторов, батарею суперконденсаторов, маломощный блок заряда и оперативного питания, блок многоканальной коммутации и защиты электрических цепей суперконденсаторов, блок многоканальной коммутации и защиты балластных резисторов, блок мониторинга и отображения технического состояния источников тока.

Известно устройство (RU 2433300, кл. F02N 11/08) с использованием совместной работы аккумуляторов (АБ) и суперконденсатора (СК), в котором СК подключается к АБ только на момент разряда на нагрузку, после чего автоматически отключается от АБ. Недостатком данного устройства является:

- необходимость выбора момента включения устройства оператором;

- необходимость заряда СК для совместной работы с АБ, ввиду чего устройство невозможно использовать незамедлительно.

В устройстве (RU 2431055, кл. F02N 11/08) СК находится в постоянной готовности для совместной работы с АБ по команде оператора. Недостатком данного устройства является то, что энергия разряда СК используется не в цепи разряда АБ, а для компенсации провалов напряжения в цепях управления.

В устройстве (RU 2365017, кл. H02J 1/00, B60M 3/00) для обеспечения качества электрической энергии тяговой электросети применяется батарея СК, работающая параллельно с инвертором тяговой подстанции в разрядном и рекуперативном режимах. В режиме импульсного разряда батарея СК работает самостоятельно, при длительном разряде - подключается инвертор тяговой подстанции. Устройство имеет систему предварительного заряда батареи СК, для ее подключения в тяговую электросеть. Недостатком данной системы является необходимость создания высоковольтной батареи СК, содержащей большое количество СК, при кратковременной длительности работы данного источника тока и требующей установки инвертора значительной мощности.

В устройстве (RU 2474024, кл. H02H 7/16, H03K 3/53) предусмотрена защита СК в процессе заряда при пробое одного из СК или в случае короткого замыкания в одном из СК. Недостатком данного устройства является то, что при этом все СК батареи разряжаются на аварийный СК, после чего устройство прекращает выполнять свои функции по назначению.

В устройстве (RU 2103778, кл. H02H 7/00, G01R 31/00) предусмотрена система непрерывного визуального контроля, позволяющая выявить наличие пробоя СК в батарее СК. Недостатком данного устройства является то, что неисправный СК не исключается из состава установки. Также, данное устройство не позволяет своевременно предупреждать о таком важном эксплуатационном показателе, как сопротивление электрической изоляции СК. Техническим результатом полезной модели является:

- повышенная надежность в эксплуатации;

- постоянная готовность устройства к применению по назначению;

- обеспечение назначенного ресурса АБ;

- обеспечение выходных электрических характеристик устройства независимо от степени износа АБ.

Указанный технический результат достигается в суперконденсаторном устройстве электропитания оперативных токов тяговых подстанций, содержащем батарею СК, батарею тяговых АБ, маломощный блок заряда и оперативного питания, блок многоканальной коммутации и защиты электрических цепей СК, блок многоканальной коммутации и защиты балластных резисторов, блок мониторинга и отображения технического состояния источников тока.

На рисунке представлена схема суперконденсаторного устройства электропитания оперативных токов тяговых подстанций, на которой показаны:

1 - батарея СК, соединенных параллельно; 2 - батарея тяговых АБ, соединенных последовательно; 3 - маломощный блок заряда и оперативного питания; 4 - блок многоканальной коммутации и защиты электрических цепей СК; 5 - блок многоканальной коммутации и защиты балластных резисторов; 6 - блок мониторинга и отображения технического состояния источников тока.

Работа схемы происходит следующим образом: перед подключением батареи СК к батарее тяговых АБ и маломощному блоку заряда и оперативного питания, производится предварительный заряд батареи СК с ограничением тока заряда. В качестве ограничителя тока использован блок многоканальной коммутации и защиты балластных резисторов, который совместно с блоком многоканальной коммутации и защиты электрических цепей СК, позволяет выполнить предварительный заряд каждого СК раздельно (отдельными каналами). При этом каждый канал блока коммутации и защиты балластных резисторов переводится в режим «заряд-работа». По достижении на батарее СК напряжения, близкого по значению напряжению батареи тяговых АБ, производится подключение батареи СК к батарее АБ для совместной работы. Значение напряжения на каждом СК и на батарее АБ контролируется по показаниям цифрового вольтметра.

Разряд батареи СК на нагрузку происходит через диоды и устройства защиты. При этом устройства защиты имеют характеристику срабатывания, обеспечивающую импульсный разряд током в 10-12 установочный номинал, что исключает ложное срабатывание защиты при разряде. После разряда на нагрузку происходит автоматический заряд СК с ограничением тока резисторами по каждому каналу заряда.

В случае срабатывания защиты в отдельных каналах блоков СК и резисторов, устройство продолжает выполнять свои функции по назначению. При необходимости можно выполнить отключение любого канала в отдельности.

Для проведения ремонтных или регламентных работ с установкой, в блоке многоканальной коммутации и защиты электрических цепей СК производится принудительное отключение устройств защиты, после чего в блоке многоканальной коммутации и защиты балластных резисторов производится переключение каналов СК в режим «Служебный разряд СК». При этом происходит разряд выбранных СК на соответствующий резистор.

В случае срабатывания устройств защиты в блоках СК и резисторов, вспомогательные контакты, установленные на каждом из устройств защиты, включают оптические индикаторы возникновения неисправности на каждом канале и на конкретном устройстве.

Для предупреждения возникновения пробоя изоляции батареи СК, предусмотрен непрерывный контроль и индикация снижения значения сопротивления электрической изоляции батареи СК ниже заданного порогового.

1. Суперконденсаторное устройство электропитания оперативных токов тяговых подстанций, содержащее пять параллельных каналов батарей суперконденсаторов, батарею тяговых аккумуляторов, маломощный блок заряда и оперативного питания, блок многоканальной коммутации и защиты электрических цепей суперконденсаторов, блок многоканальной коммутации и защиты балластных резисторов, блок мониторинга и отображения технического состояния источников тока, отличающееся тем, что цепи каждой батареи суперконденсаторов имеют индивидуальную схему заряда и разряда через токоограничивающий (балластный) резистор, который в свою очередь имеет индивидуальное устройство защиты и отключения, при этом выбор режима работы батареи суперконденсаторов обеспечивается соответствующим переключателем.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что коммутация устройств защиты и отключений каналов обеспечивает работоспособность устройства в случае аварийного отключения любого канала за счет оставшихся каналов подключения, при этом происходит визуальная индикация местоположения сработавшего устройства.

3. Устройство по п.1 или 2, или 3, отличающееся тем, что для предупреждения возникновения пробоя или снижения емкости суперконденсаторов предусмотрен непрерывный мониторинг заданного порогового значения сопротивления электрической изоляции батареи суперконденсаторов, по достижении которого срабатывает визуальная индикация события.



 

Наверх