УСТАНОВКА БЕСПЕРЕБОЙНОГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОЙ АВТОМАТИКИ Российский патент 2003 года по МПК H02J9/06 

Изобретение относится к схемам аварийного или резервного электроснабжения с автоматическим переключением источников электропитания и может быть использовано в системах с повышенными требованиями к устойчивости электропитания, в частности при электроснабжении средств автоматики на железных дорогах.

Известна установка бесперебойного электроснабжения [1] , содержащая входные фидеры, блок контроля состояния и коммутации фидеров, резервный входной фидер и аккумулятор.

Установка обеспечивает контроль состояния электропитания нагрузки с возможностью замены входных фидеров аккумулятором или резервным фидером, осуществляющим зарядку аккумулятора в штатном режиме работы.

Недостатком этой установки является ее пригодность только для питания цепей постоянного тока, в то время как на железных дорогах значительная часть потребителей требует источников переменного тока, в том числе первичные цепи преобразователей, запитывающих низковольтные цепи питания устройств автоматики.

Известна установка бесперебойного электроснабжения [2], содержащая входной фидер, блок контроля состояния и коммутации фидеров и источник бесперебойного питания.

В установке предполагается замена отказавшего источника бесперебойного питания на промышленную сеть в аварийных ситуациях.

Недостатками такой установки являются низкие надежность и качество электроснабжения, в частности переключение осуществляется после превышения выходным напряжением границ Uном 10%, что сопровождается значительной просадкой напряжения при развитии аварийной ситуации. Контроль электроснабжения осуществляется по узкому числу параметров.

Известна установка бесперебойного электроснабжения [3], содержащая входные фидеры, блок контроля состояния и коммутации фидеров и источник бесперебойного питания.

Такая установка обеспечивает контроль, компьютерное прогнозирование состояния альтернативных источников питания и их реконфигурацию.

Недостатком такой установки является невысокий уровень надежности электроснабжения, связанный с низким уровнем резервирования источников и невысоким уровнем контроля их состояния (проверяется только входной и выходной фидеры).

Наиболее близкой к заявляемой является установка бесперебойного электроснабжения железнодорожной автоматики [4], содержащая входной фидер, первый блок контроля состояния и коммутации фидеров, силовой выход которого является выходом установки. Такая установка имеет два входных фидера (основной и резервный), а также дизель-генератор. В установке предусмотрен контроль состояния фидеров по одному параметру - понижение фазных напряжений фидера. При отказе (сбое) основного фидера вырабатывается сигнал на переключение на резервный фидер, который немедленно выполняется. При отказе резервного фидера в работу включается дизель-генератор. Время такого переключения оказывается недопустимо большим - минуты. В случае восстановления параметров основного фидера с задержкой производится обратное переключение.

Недостатками такой установки являются низкие уровни надежности и качества электроснабжения, связанные с малой кратностью резервирования фидеров, ограниченным числом параметров фидеров, подвергающихся контролю, а также неэффективной организацией режимов коммутации.

Целью изобретения является повышение надежности и качества электроснабжения устройств железнодорожной автоматики.

С этой целью установка бесперебойного электроснабжения железнодорожной автоматики, содержащая входные фидеры и первый блок контроля состояния и коммутации фидеров, силовой выход которого является выходом установки, дополнительно снабжена вторым и третьим блоками контроля состояния и коммутации фидеров, блоками защиты от перенапряжений, источниками бесперебойного питания, первыми, вторыми и третьими блоками индикации текущего состояния фидеров, индикации статистики состояния фидеров, задания приоритетов фидеров, задания задержки переключения фидеров и блоком ручного управления, входные фидеры через блоки защиты от перенапряжений соединены с силовыми входами третьего блока контроля состояния и коммутации фидеров, силовой выход которого соединен с силовыми входами источников бесперебойного питания и первым силовым входом первого блока контроля состояния и коммутации фидеров, входы синхронизации источников бесперебойного питания соединены друг с другом, выходы источников бесперебойного питания соединены с силовыми входами второго блока контроля состояния и коммутации фидеров, второй силовой вход первого блока контроля состояния и коммутации фидеров соединен с силовым выходом второго блока контроля состояния и коммутации фидеров, первые сигнальные выходы первого, второго и третьего блоков контроля состояния и коммутации фидеров соединены с соответствующими блоками индикации текущего состояния фидеров, а вторые сигнальные выходы - с блоком индикации статистики состояния фидеров, первые управляющие входы первого, второго и третьего блоков контроля состояния и коммутации фидеров соединены с соответствующими блоками задания приоритетов фидеров, вторые управляющие входы - с соответствующими блоками задания задержки переключения фидеров, а третьи управляющие входы - с блоком ручного управления.

Обеспечение бесперебойного, гарантированного электроснабжения средств автоматики железной дороги (светофоров, переключателей стрелок, систем блокировки и т.п.) является важным фактором обеспечения безопасности перевозок. К этой системе предъявляются жесткие требования по качеству электроснабжения. В частности, максимальное время обесточивания системы в соответствии с требованиями Правил Технической Эксплуатации не должно превышать 1,3 сек. Современные сложные системы автоматики и телемеханики предъявляют высокие требования и к качеству электроснабжения. В настоящее время на железных дорогах применяется двухуровневая система бесперебойного электроснабжения средств автоматики.

На первом уровне находится система бесперебойного снабжения переменным током, которая обычно включает один основной фидер и резервный. В качестве последнего применяется либо фидер альтернативной сети, либо дизель-генератор. Резервный источник, как правило, обладает меньшей мощностью и невысокими качественными характеристиками. В результате резервные источники рассматриваются и используются лишь как временная мера, позволяющая с невысоким качеством парировать отказы основного фидера. В соответствии с этим схемы обеспечения гарантированного электроснабжения строятся по принципу "при отказе основного фидера - переход на резервный, с возвратом на основной при его восстановлении". Таким образом, основной фидер считается приоритетным.

Второй уровень составляет система вторичного, низковольтного электроснабжения. Такая система содержит, в том числе, низковольтные аккумуляторы, обеспечивающие бесперебойное электроснабжение устройств автоматики при отказе первого высоковольтного уровня. Низковольтная система обеспечивает питанием только ограниченный круг блоков гарантированного электроснабжения железнодорожной автоматики, оставляя без электроснабжения другие объекты.

Задачей, решаемой в заявляемой установке, является обеспечение всех средств железнодорожной автоматики первой категории гарантированным и высококачественным первичным электропитанием, что позволяет отказаться от низковольтных средств гарантированного электроснабжения.

Существующим системам первичного электроснабжения железнодорожной автоматики присущ ряд существенных недостатков.

1. Современные сложные системы автоматики чувствительны к нестабильности параметров питающего напряжения, однако, в существующих системах бесперебойного электроснабжения железных дорог при контроле фидеров проверяется лишь снижение фазных напряжений, а в некоторых - и нарушение чередования фаз. Однако, такие параметры фидеров, как перекос фаз, обрыв фаз (дифференцировано от снижения напряжения), недопустимое превышение фазных напряжений, нестабильность частоты способны оказать серьезное влияние на качество работы устройств автоматики. Контроль и анализ этих параметров позволяет объективно оценить состояние фидеров и принимать более обоснованные решения по восстановлению электроснабжения.

2. Для объективной оценки состояния входных фидеров и других элементов электроснабжения требуется их непрерывный контроль с сохранением статистики работы фидеров и другого оборудования. Такой мониторинг позволяет своевременно принимать меры по ремонту оборудования, вырабатывать обоснованные решения в аварийных ситуациях, расследовать их причины и т.п. Однако, в современных системах электроснабжения железнодорожной автоматики такие средства отсутствуют.

3. Перевод электроснабжения с основного фидера на резервный и обратный возврат на основной зачастую переходит в автоколебательный режим, когда отключение основного фидера из-за ухудшения параметров приводит к снижению нагрузки на него и к восстановлению его параметров, однако при обратном переходе ситуация повторяется.

4. Провалы в электроснабжении при переключении с основного на резервный фидер, связанные с задержками в срабатывании коммутационных устройств (контакторов и т.п.).

5. Провалы в электроснабжении, связанные с тем, что для избежания неоправданных переходов на резервное электропитание из-за кратковременных сбоев в основной питающей сети иногда используются задержки в выдаче управляющих сигналов на срабатывание коммутационных элементов. Выбор этих задержек оказывается непростым делом: маленькая задержка приводит к неоправданным переключениям, а большая - к провалам в электроснабжении при длительных сбоях и отказах в питающей сети.

Существенными признаками заявляемой установки являются следующие.

1. Наличие второго и третьего блоков контроля состояния и коммутации фидеров с соответствующими связями обеспечивает построение трехуровневой системы обеспечения гарантированного электроснабжения. В прототипе применяется одноуровневая система.

2. Наличие блоков защиты от перенапряжений с соответствующими связями позволяет предохранить установку от бросков питания во входных фидерах, связанных с различными природными и техническими причинами. В прототипе и известных авторам аналогах в системах электроснабжения устройств автоматики такие устройства не применяются.

3. Наличие источников бесперебойного питания (ИБП) с соответствующими связями позволяет обеспечить электроснабжение при полном отказе входных фидеров. В прототипе и известных авторам аналогах в системах электроснабжения устройств железнодорожной автоматики ИБП в первичных цепях не применяются, хотя в других системах электроснабжения применение ИБП известно [2, 3].

4. Наличие блоков индикации текущего состояния фидеров с соответствующими связями позволяет на каждом уровне обеспечения бесперебойного электроснабжения иметь достаточно полную информацию о текущем состоянии входных фидеров. В прототипе не указывается на наличие индикации текущего состояния фидеров. В реальных установках бесперебойного электроснабжения железнодорожной автоматики используются такие блоки, однако они имеют низкую информативность контроля состояния фидеров.

5. Наличие блоков индикации статистики состояния фидеров с соответствующими связями позволяет иметь информацию об истории состояния фидеров, в том числе и не применявшихся для электроснабжения. Такая информация позволяет оператору принимать более объективное решение о задании приоритетов фидеров и выборе фидера для ручной коммутации. Появляется возможность предъявлять обоснованные претензии к службам электроснабжения. В прототипе сбор такой информации и ее индикация не предусмотрены.

6. Наличие блоков задания приоритетов фидеров с соответствующими связями позволяет применять гибкую стратегию в выборе наиболее пригодного для работы фидера, при этом приоритеты фидеров могут быть установлены различными и одинаковыми. В прототипе принципиально используется одна стратегия: основной и резервный фидеры с логикой переключения, описанной выше.

7. Наличие блоков задержки переключения фидеров при всех коммутациях позволяет исключить неоправданные переходы с одного фидера на другой при кратковременных сбоях, с соответствующими провалами в электроснабжении, отмеченными выше. В прототипе задержки в переключениях используются только при передаче питания от дизель-генератора к восстановившемуся основному фидеру. Остальные переключения осуществляются сразу после поступления сигнала от блока контроля состояния фидеров.

8. Наличие блоков задания задержки переключения фидеров с соответствующими связями позволяет применять гибкую стратегию реакции на отказ фидеров. В частности для входных фидеров время задержки отключения отказавшего фидера может быть выбрано досточно большим, так как его отказ парируется ИБП. Для ИБП время переключения с электропитания от отказавших первичных фидеров на автономное электроснабжение равно нулю за счет внутреннего построения. Кроме того, их синфазная работа в случае отказа одного из ИБП допускает быструю коммутацию электронными средствами на исправный ИБП. Время задержки выходного коммутатора должно соответствовать нормативным документам, регламентирующим допустимые провалы в электроснабжении. В прототипе отсутствует возможность изменения времен задержки переключения.

9. Наличие блока ручного управления с соответствующими связями позволяет оператору принять самостоятельное решение о конфигурации системы бесперебойного электроснабжения в аварийных ситуациях. Например, в безвыходных ситуациях включать частично неисправный (по данным автоматического контроля) фидер, который тем не менее может обеспечить электроснабжение. В прототипе не указывается на наличие ручного управления. В реальных установках блоки ручного управления имеются.

10. Связь входов/выходов синхронизации ИБП позволяет организовать их синфазную работу и за счет этого облегчить переключение электроснабжения с отказавших ИБП на резервные. В прототипе отсутствуют ИБП, а в известных авторам схемах электроснабжения взаимная синхронизация ИБП не предусмотрена.

11. Наличие блоков контроля чередования фаз, контроля перекоса фаз, контроля обрыва фаз, контроля напряжения на превышение, контроля частоты позволяет повысить качество контроля фидеров и, соответственно, электроснабжения. В прототипе контролируется только понижение фазных напряжений. В некоторых действующих установках осуществляется также контроль перекоса фаз, однако, описание установок с такой системой контроля в общедоступных источниках авторам неизвестно.

В целом заявляемая установка имеет три уровня обеспечения бесперебойного электроснабжения. Первый уровень образует резервированное первичное питание установки от входных фидеров. Их автоматическая реконфигурация осуществляется на основе анализа текущего состояния входных фидеров. При этом переключение осуществляется не мгновенно, а с задержкой на возможные случайные сбои.

Второй уровень электроснабжения образуют источники бесперебойного питания, которые обеспечивают непрерывную (без провалов) подачу электроэнергии вне зависимости от состояния входных фидеров. Резервирование ИБП и их синфазная работа позволяют переходить с одного ИБП на другой электронными коммутаторами без провалов в электроснабжении.

Третий уровень образует первый блок контроля состояния и коммутации фидеров, который позволяет выбрать вариант электроснабжения между наиболее приоритетным из исправных входных фидеров (силовой выход третьего блока контроля состояния и коммутации фидеров) и резервированными ИБП (силовой выход второго блока контроля состояния и коммутации фидеров).

Такая трехуровневая структура обеспечивает высокий уровень надежности электроснабжения, причем большинство возможных неисправностей парируется ИБП и схемами коммутации так, что исключаются не только пропадание электроснабжения, но и просадки в питании.

Заявляемую установку иллюстрируют следующие графические материалы.

На фиг.1 приведена структурная схема установки бесперебойного электроснабжения железнодорожной автоматики.

На фиг. 2 приведена структурная схема блока контроля состояния и коммутации фидеров.

На фиг.3 изображена структурная схема блока контроля фидера.

На фиг.4 приведена структурная схема источника бесперебойного питания.

На фиг. 5 приведен алгоритм работы блока анализа и выбора приоритетного фидера
Рассмотрим возможности технической реализации установки бесперебойного электроснабжения железнодорожной автоматики, структурная схема которой приведена на фиг.1, где:
1. Входные фидеры.

2. Первый блок контроля состояния и коммутации фидеров.

3. Второй блок контроля состояния и коммутации фидеров.

4. Третий блок контроля состояния и коммутации фидеров.

5. Блоки защиты от перенапряжений.

6. Источники бесперебойного питания.

7. Первый блок индикации текущего состояния фидеров.

8. Второй блок индикации текущего состояния фидеров.

9. Третий блок индикации текущего состояния фидеров.

10. Первый блок индикации статистики состояния фидеров.

11. Второй блок индикации статистики состояния фидеров.

12. Третий блок индикации статистики состояния фидеров.

13. Блок ручного управления.

14. Первый блок задания приоритетов фидеров.

15. Второй блок задания приоритетов фидеров.

16. Третий блок задания приоритетов фидеров.

17. Первый блок задания задержки переключения фидеров.

18. Второй блок задания задержки переключения фидеров.

19. Третий блок задания задержки переключения фидеров.

20. Выход установки.

Входной фидер 1 предназначен для первичного электроснабжения установки.

Первый 2, второй 3 и третий 4 блоки контроля состояния и коммутации фидеров предназначены для текущего контроля состояния входных фидеров 1, источников бесперебойного питания 6 и выходов второго 3 и третьего 4 блоков контроля состояния и коммутации фидеров соответственно. Структурная схема блока контроля состояния и коммутации фидеров (2, 3, 4) приведена на фиг.2.

Блоки защиты от перенапряжений 5 предназначены для защиты установки от внезапных скачков напряжения во входных фидерах 1, связанных, например, с молниями. Блоки защиты от перенапряжений 5 могут быть реализованы в виде полупроводникового устройства защиты [5, стр. 54].

Источники бесперебойного питания 6 (фиг.4) предназначены для выработки выходного переменного напряжения. Для этого в штатном режиме они используют энергию входных фидеров 1 - выпрямляют переменный ток, заряжают аккумулятор и вновь формируют переменное напряжение с требуемыми параметрами. При отказе входных фидеров ИБП используют энергию аккумулятора. ИБП имеют вход синхронизаци, позволяющий им вырабатывать синфазное выходное напряжение.

Первый 7, второй 8 и третий 9 блоки индикации текущего состояния фидеров предназначены для непрерывного отображения на индикационной панели результатов контроля фидеров, к которым они подключены. При этом для индикации состояния каждого фидера может использоваться отдельная группа индикаторов, отображающая результаты контроля каждого из параметров фидера, или одна группа индикаторов, с возможностью ручного выбора фидера. Эту индикацию может использовать оператор для контроля состояния фидеров, а также для принятия решения о ручной коммутации. Блоки индикации могут быть реализованы в виде сигнальных ламп, стрелочных, цифровых и т.п. приборов.

Первый 10, второй 11 и третий 12 блоки индикации статистики состояния фидеров предназначены для отображения результатов длительного мониторинга фидеров, в том числе и находящихся в резерве. Блоки индикации могут быть выполнены в виде цифровых индикаторов, мониторов и других устройств, отображающих результаты длительного контроля всех фидеров.

Блок ручного управления 13 предназначен для ручного управления блоками 2, 3, 4 контроля и коммутации фидеров, когда средства автоматического управления не способны разрешить нештатную ситуацию. Информацией, позволяющей оператору принять обоснованное решение по переключению фидеров, являются показания блоков индикации текущего состояния фидеров 7-9 и статистики их состояния 10-12. Ручное управление может осуществляться путем отключения штатных средств автоматического переключения и их перевода в ручной режим.

Первый 14, второй 15 и третий 16 блоки задания приоритетов фидеров предназначены для ручной установки правил переключения электроснабжения с одних входных фидеров на другие, с одних источников бесперебойного питания на другие и т. п. Для задания приоритетов могут использоваться априорная информация о качестве соответствующих источников, результаты текущей информации об их состоянии, а также статистики состояния фидеров. При этом могут быть заданы разные или одинаковые приоритеты для источников питания одного уровня. Одинаковые приоритеты альтернативных источников позволяют реализовать режим перехода с одного источника питания на другой без возврата, т. е. исключить описанные автоколебательные переключения с соответствующими провалами в электроснабжении. Блоки задания приоритетов могут быть реализованы в виде переключателей, перемычек и т.п.

Первый 17, второй 18 и третий 19 блоки задания задержки переключения фидеров предназначены для выбора интервала времени, в течение которого сигналы о неисправности действующего фидера (возможно ошибочные) не приведут к переключению на резервный. Блоки задания времени задержки переключения могут быть реализованы в виде переключателей, регуляторов и т.п.

На фиг.2 приведена структурная схема блока 2 (3, 4) контроля состояния и коммутации фидеров, где:
21. Коммутатор.

22. Блоки контроля фидеров.

23. Блок анализа и выбора приоритетного фидера.

24. Блок задержки переключения фидеров.

Коммутатор 21 предназначен для ручного или автоматического подключения силовых входов (фидеров) к выходу блока. Коммутатор 21 может быть выполнен в виде электромеханического или электронного контактора.

Блоки контроля фидеров 22 предназначены для оценки состояния фидеров и выработки сигналов на блоки индикации. При этом для оценки состояния каждого фидера может использоваться отдельный блок контроля или применяться схема переключения, поочередно подключающая фидеры ко входу блока контроля 22. Схема блока контроля фидеров 22 приведена на фиг.3.

Блок анализа и выбора приоритетного фидера 23 предназначен для приема, хранения и обработки информации о текущем состоянии фидеров; приема и хранения приоритетов фидеров, заданных оператором; выдачи на блоки индикации 10 (11, 12) информации о статистике неисправностей фидеров; оценки состояния и выработки сигнала на переключение в зависимости от заданных приоритетов 14 (15, 16) и текущего состояния фидеров. Правило переключения состоит в выборе наиболее приоритетного из исправных фидеров. Блок анализа и выбора приоритетного фидера 23 может быть выполнен на основе микроконтроллера (микроЭВМ). Сопряжение микроконтроллера с источниками информации, блоками управления и индикации осуществляется через порты ввода-вывода. Алгоритм работы микроконтроллера приведен на фиг.5.

Блок задержки переключения фидеров 24 предназначен для исключения срабатывания коммутатора 21 при кратковременных сбоях в фидерах. Для решения этой задачи блок задержки принимает сигнал от блока анализа и выбора приоритетного фидера 23, задерживает его на интервал, определяемый задающими блоками 17 (18, 19). Если в течение этого интервала состояние отказавшего (сбойного) фидера восстановится, то управляющий сигнал на коммутатор не поступит. Блок задержки переключения фидеров 24 может быть реализован в виде последовательно соединенных интегратора и пороговой схемы (компаратора). Если результат интегрирования сигнала с первого выхода блока анализа и выбора приоритетного фидера 23 превышает порог, установленный с задающего входа, то коммутация фидеров происходит. В противном случае интегратор сбрасывается. Цепи сброса на фиг.2 не показаны с целью упрощения.

На фиг.3 изображена структурная схема блока контроля фидера, где:
25. Блок контроля напряжения на понижение.

26. Блок контроля чередования фаз.

27. Блок контроля перекоса фаз.

28. Блок контроля обрыва фаз.

29. Блок контроля напряжения на превышение.

30. Блок контроля частоты.

Блок контроля напряжения на понижение 25 предназначен для выявления случая снижения фазных напряжений ниже порогового уровня. Блок может быть реализован на полупроводниковых реле напряжения [6, стр. 105-123].

Блок контроля чередования фаз 26 предназначен для выявления случаев нарушения последовательности следования фазных напряжений в фидере. Блок может быть реализован на полупроводниковых реле частоты [6, стр. 105-123].

Блок контроля перекоса фаз 27 предназначен для выявления случаев искажения векторной диаграммы трехфазной сети - появления недопустимого напряжения в нулевом проводе. Блок может быть реализован на полупроводниковых реле напряжения [6, стр. 105-123].

Блок контроля обрыва фаз 28 предназначен для выявления случаев полного пропадания одной из фаз фидера. Контроль этого параметра позволяет различить случаи снижения напряжения (блок 26) и полного пропадания фазы. В результате в аварийных ситуациях оператор может принять решение о возможности использования фидера с пониженным уровнем напряжения, чего нельзя делать при пропадании фазы. Блок может быть реализован на полупроводниковых реле напряжения [6, стр. 105-123].

Блок контроля напряжения на превышение 29 предназначен для выявления случаев превышения фазных напряжений фидера выше установленных пределов. Такое превышение оказывается не менее опасным отклонением от нормального состояния, чем снижение напряжения. Блок может быть реализован на полупроводниковых реле напряжения [6, стр. 105-123].

Блок контроля частоты 30 предназначен для выявления случаев недопустимого отклонения частотных свойств фидеров от номинального значения. Блок может быть реализован на полупроводниковых реле частоты [6, стр. 105-123].

На фиг. 4 приведена структурная схема источника бесперебойного питания, где:
31. Выпрямитель.

32. Аккумулятор.

33. Блок синхронизации.

34. Генератор.

35. Фильтр.

Выпрямитель 31 предназначен для преобразования входного переменного напряжения фидера в постоянное. Выпрямитель 31 может быть реализован на основе обычной трехфазной диодной схемы.

Аккумулятор 32 предназначен для накопления энергии в штатном режиме работы и для использования в качестве резервного источника электроснабжения при отказе всех входных фидеров. В качестве аккумулятора может использоваться высоковольтный аккумулятор.

Блок синхронизации 33 предназначен для выработки сигналов управления генератором 34, а также для согласования по фазам всех ИБП. При этом один из ИБП играет роль ведущего.

Генератор 34 предназначен для формирования переменных фазных напряжений (меандра). Генератор 34 может быть реализован в виде ключевых схем, открывающихся по сигналам от блока синхронизации 33.

Фильтр 35 предназначен для формирования синусоидального выходного напряжения ИБП, а именно для устранения высокочастотных составляющих выходного сигнала генератора 34.

На фиг. 5 приведен алгоритм работы блока анализа и выбора приоритетного фидера.

Рассмотрим работу заявляемой установки.

Перед началом работы для каждого блока контроля и коммутации фидеров 2 (3, 4) оператором устанавливаются приоритеты от блоков задания приоритетов фидеров 14 (15, 16). Эта установка производится на основе априорной информации о качестве фидеров. Для первого блока контроля и коммутации фидеров 2 наиболее приоритетным задается силовой выход блока контроля и коммутации фидеров 3. Для второго блока контроля и коммутации фидеров 3 устанавливаются одинаковые приоритеты ИБП 6. Для третьего блока контроля и коммутации фидеров 4 выбор приоритетов зависит от качества входных фидеров 1. Для каждого блока контроля и коммутации фидеров 2 (3, 4) устанавливаются времена задержки переключения от блоков задержки переключения фидеров 17 (18, 19). Для первого блока контроля состояния и коммутации фидеров 2 время задержки 17 устанавливается равным нормативному, т.е. времени допустимого провала в электроснабжении средств автоматики. Для второго блока контроля состояния и коммутации фидеров 3 от блока задания задержки переключения 18 устанавливаются минимально реализуемые техническими средствами времена переключения. Для третьего блока контроля состояния и коммутации фидеров 4 от блока задания задержки переключения 19 выбираются достаточно большие времена переключения, определяемые качеством входных фидеров 1.

Впоследствии приоритеты и времена переключения могут быть изменены оператором с учетом информации с блоков индикации статистики состояния фидеров 10 (11, 12).

Электропитание от входных фидеров 1 подается на блоки защиты от перенапряжений 5, в которых устраняются недопустимые выбросы напряжений. Выходное напряжение блоков защиты 5 подается на третий блок контроля состояния и коммутации 4. Каждый блок контроля 22 с помощью блоков 25-30 анализирует состояние своего фидера. Результаты контроля подаются на блоки индикации текущего состояния 9 и на блок анализа и выбора приоритетного фидера 23. Алгоритм работы последнего представлен на фиг.5. В результате на первом выходе блока 23 появляется сигнал на подключение наиболее приоритетного фидера из числа исправных. Этот сигнал задерживается блоком задержки 24 на величину, задаваемую блоком задания задержки переключения 19, и поступает на коммутатор 21. В результате коммутации к силовому выходу блока 4 будет подключен наилучший из входных фидеров 1. При возникновении какой-либо неисправности в одном из входных фидеров 1 сигнал с блока контроля 22 от соответствующего блока 25-30 поступит на блок индикации 9, а также будет проанализирован блоком 23. Данные о неисправности будут запомнены и отображены в блоке 12. Если несправный фидер в настоящее время является работающим, то будет выработан сигнал на переключение коммутатора 21, однако, если за время задержки, заданной блоком задания задержки переключения 19, неисправность самоустранится, то переключения не произойдет.

Силовой выход блока контроля состояния и коммутации 4 поступает на входы источников бесперебойного питания 6, включенных по входу параллельно. Это напряжение выпрямляется в блоке 31, а затем в блоках 34, 35, под управлением блока 33 формируется переменное напряжение с заданными свойствами. При отсутствии электропитания на входе ИБП 6 без провалов в электроснабжении продолжает вырабатывать электроэнергию от аккумулятора 32. Однако в каждый момент времени работает группа ИБП по выходу включенных параллельно, а остальные находятся в горячем резерве. Все ИБП 6 вырабатывают синфазное выходное напряжение благодаря связям блоков синхронизации 33. Контроль состояния ИБП и их переключение в случае отказов осуществляются блоком контроля состояния и коммутации 3.

Работа блока контроля состояния и коммутации 3, отвечающего за выбор наиболее приоритетного из ИБП, происходит так же, как и блока 4.

Таким же способом блок контроля состояния и коммутации 2 выбирает наилучший из вариантов электроснабжения, сравнивая состояние силовых выходов блоков 3 и 4, т.е. электроснабжение от входных фидеров либо от ИБП по той же схеме. Отключение ИБП может использоваться, не только в рабочих режимах, но и при проведении профилактических работ.

Помимо отмеченных выше достоинств заявляемой установки отметим высокий уровень унификации оборудования, в частности блоков контроля состояния и коммутации 2, 3, 4, блоков индикации текущего состояния фидеров 7, 8, 9, блоков индикации статистики состояния фидеров 10, 11, 12, блоков задания приритетов 14, 15, 15, блоков задания задержки переключения 17, 18, 19, блоков контроля фидеров 22 и др. Такой способ реализации позволяет выполнять эти блоки высокотехнологичными, а следовательно, надежными и недорогими.

Наличие микроконтроллера в составе блоков контроля состояния и коммутации фидеров позволяет использовать разные стратегии парирования отказов в электроснабжении.

Таким образом, заявляемая установка бесперебойного электроснабжения железнодорожной автоматики обеспечивает высокий уровень надежности и качества электропитания.

В настоящее время введены в опытную эксплуатацию два образца заявляемых установок бесперебойного электроснабжения железнодорожной автоматики, предназначенные для центрального питания устройств автоматики железнодорожных станций Назия и Жихарево Октябрьской железной дороги и прилегающих перегонов. Эти установки обеспечивают бесперебойное и высококачественное первичное электроснабжение устройств железнодорожной автоматики в течение всего периода эксплуатации, в том числе и при отсутствии напряжений на входных фидерах.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Патент РФ 94042488. Система гарантированного питания.

2. Великосельский Н. П. и др. Некоторые результаты эксплуатации систем бесперебойного электропитания аппаратуры управления и контроля химического производства. //Организация электроснабжения в условиях перерывов и значительных отклонений напряжения питающей сети. - М.: Информэлектро, 1987.

3. Патент РФ 2133542. Способ управления системой бесперебойного электропитания в аварийных режимах.

4. Коган Д. А. , Эткин З.А. Аппаратура электропитания железнодорожной автоматики. - М.: Транспорт, 1987, стр.161, рис.5.1.

5. Низковольтное оборудование. Каталог АББ, 2001-2002 гг. - СПб: Индустрия и стройтехника, 2001.

6. Андреев В.А. Релейная защита и автоматика систем электроснабжения. - М.: Высшая школа, 1991.

Изобретение относится к схемам аварийного или резервного энергоснабжения с автоматическим переключением источников электропитания и может быть использовано в системах с повышенными требованиями к устойчивости электропитания, в частности при энергоснабжении первичным питанием средств автоматики на железных дорогах. Техническим результатом является повышение надежности и качества электроснабжения устройств железнодорожной автоматики. Установка содержит входные фидеры, синхронизированные источники бесперебойного питания (ИБП) с аккумуляторами и три блока контроля состояния и коммутации фидеров. Блоки контроля обеспечивают всесторонний контроль состояния фидеров с отображением их текущего состояния и статистики неисправностей. Блоки коммутации осуществляют приоритетный выбор и коммутацию фидеров с управляемым временем задержки переключения. Три уровня реконфигурации позволяют: выбрать один из входных фидеров для электроснабжения ИБП; сохранить за счет аккумуляторов ИБП с нулевым временем переключения электроснабжение при выходе из строя всех входных фидеров; выбрать в качестве рабочего один из резервированных ИБП; подключить к выходу установки один из ИБП или один из входных фидеров. 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Установка бесперебойного электроснабжения железнодорожной автоматики, содержащая входные фидеры и первый блок контроля состояния и коммутации фидеров, силовой выход которого является выходом установки, отличающаяся наличием второго и третьего блоков контроля состояния и коммутации фидеров, блоков защиты от перенапряжений, источников бесперебойного питания, первых, вторых и третьих блоков: индикации текущего состояния фидеров, индикации статистики состояния фидеров, задания приоритетов фидеров, задания задержки переключения фидеров и блока ручного управления, входные фидеры через блоки защиты от перенапряжений соединены с силовыми входами третьего блока контроля состояния и коммутации фидеров, силовой выход которого соединен с силовыми входами источников бесперебойного питания и первым силовым входом первого блока контроля состояния и коммутации фидеров, входы/выходы синхронизации источников бесперебойного питания соединены между собой, выходы источников бесперебойного питания соединены с силовыми входами второго блока контроля состояния и коммутации фидеров, второй силовой вход первого блока контроля состояния и коммутации фидеров соединен с силовым выходом второго блока контроля состояния и коммутации фидеров, первые сигнальные выходы первого, второго и третьего блоков контроля состояния и коммутации фидеров соединены с соответствующими блоками индикации текущего состояния фидеров, а вторые сигнальные выходы - с соответствующими блоками индикации статистики состояния фидеров, первые управляющие входы первого, второго и третьего блоков контроля состояния и коммутации фидеров соединены с соответствующими блоками задания приоритетов фидеров, вторые управляющие входы - с соответствующими блоками задания задержки переключения фидеров, а третьи управляющие входы - с блоком ручного управления. 2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что блок контроля состояния и коммутации фидеров содержит коммутатор, блоки контроля фидеров, блок анализа и выбора приоритетного фидера и блок задержки переключения фидеров, силовые входы коммутатора являются силовыми входами, а выход - силовым выходом блока контроля состояния и коммутации фидеров, вход каждого блока контроля фидеров соединен с соответствующим силовым входом блока контроля состояния и коммутации фидеров, выходы состояния фидеров - с соответствующими первыми входами блока анализа и выбора приоритетного фидера, первый управляющий вход коммутатора соединен с выходом блока задержки переключения фидеров, сигнальный вход которого соединен с первым выходом блока анализа и выбора приоритетного фидера, задающий вход блока задержки переключения фидеров является вторым управляющим входом блока контроля состояния и коммутации фидеров, второй вход блока анализа и выбора приоритетного фидера является первым управляющим входом блока контроля состояния и коммутации фидеров, а второй выход является вторым сигнальным выходом блока контроля состояния и коммутации фидеров, выходы блоков контроля фидеров являются первыми сигнальными выходами блока контроля состояния и коммутации фидеров, второй управляющий вход коммутатора является третьим управляющим входом блока контроля состояния и коммутации фидеров. 3. Установка бесперебойного электроснабжения железнодорожной автоматики по п. 2, отличающаяся тем, что блок контроля фидера содержит блок контроля напряжения на понижение, вход которого соединен с силовым входом блока контроля фидера, а выход является выходом состояния фидеров и он дополнительно снабжен блоками контроля чередования фаз, контроля перекоса фаз, контроля обрыва фаз, контроля напряжения на превышение и контроля частоты, входы которых соединены с силовым входом блока контроля фидера, а выходы являются выходами состояния фидера. 4. Установка бесперебойного электроснабжения железнодорожной автоматики по п. 1, отличающаяся тем, что источник бесперебойного питания содержит выпрямитель, аккумулятор, блок синхронизации, генератор и фильтр, вход выпрямителя является силовым входом источника бесперебойного питания, выход выпрямителя соединен с аккумулятором и силовым входом генератора, вход блока синхронизации является синхронизирующим входом источника бесперебойного питания, а выход соединен с управляющим входом генератора, выход генератора через фильтр соединен с выходом источника бесперебойного питания.