Автономная система электроснабжения модульной конструкции Российский патент 2021 года по МПК H02J3/04 H02J9/06 

Автономная система электроснабжения модульной конструкции относится к системам распределения энергии и может использоваться для электроснабжения объектов связи и управления различного функционального назначения, размещаемых как на наземных транспортных средствах, так и в стационарных объектах.

Известна универсальная система электроснабжения подвижных объектов, содержащая силовые вводы, выносные распределительные устройства с источниками электроэнергии, коммутационные аппараты, электроустановку отбора мощности, блоки контроля входного напряжения и выходного напряжения, блок автоматической коммутации каналов, выпрямитель, блок контроля нагрузки постоянного тока, пункт централизованного управления (Патент РФ № 2183042).

Известна автоматизированная система электроснабжения мобильного комплекса, содержащая блок силового ввода, два коммутационных аппарата, блок автоматической коммутации каналов, выпрямитель, блоки распределения нагрузки постоянного и переменного токов, блок управления энергосистемой (Патент РФ № 2318282).

Наиболее известной является автономная система электроснабжения передвижных объектов. Она содержит основной и резервный источники электроэнергии, силовой ввод, распределительные устройства, блок коммутации каналов, коммутационные аппараты силовых цепей, выпрямительное устройство, инвертор, электроустановку отбора мощности переменного тока, автоматы защиты силовых цепей, блок автоматизированного управления. Четыре коммутационных аппарата предназначены для коммутации силовых цепей от основного и резервного источников и подключены к входам автоматов защиты (Патент РФ № 2335055).

Недостатком данной системы является то, что в ней не предусмотрено сохранение работоспособности системы электроснабжения и подключенной к ней аппаратуры в условиях ядерного взрыва и при воздействии ионизирующих излучений с последующим восстановлением питания и длительной непрерывной работы, а также в системе отсутствуют дизель-генераторные установки и электроагрегаты постоянного тока, что снижает надежность работы системы электроснабжения.

Технический результат: повышение надежности работы системы электроснабжения и расширение ее функциональных возможностей за счет сохранения работоспособности системы электроснабжения и подключенной к ней аппаратуры в условиях ядерного взрыва и ионизирующих воздействий с последующей непрерывной работой после воздействия факторов ядерного взрыва, а также включения в ее состав дизель-генераторных установок и электроагрегатов постоянного тока.

Технический результат достигается тем, что автономная система электроснабжения модульной конструкции, включающая основные и резервные источники питания, блоки коммутации каналов, аппараты коммутации, блоки ввода силового, распределительные устройства постоянного и переменного токов, выпрямительное устройство, электроустановку отбора мощности переменного тока, инвертор и блок управления системой, имеет блок коммутации каналов и центральное распределительное устройство с введенными в них устройствами защиты от внешних факторов с возможностью управления ими, а блоки силового ввода, блоки коммутации каналов, центральное распределительное устройство, щиты распределения постоянного и переменного тока снабжены аппаратами коммутации, соединенными с устройствами защиты от внешних факторов, при этом блок коммутации каналов подключен к блоку силовому через сетевой фильтр, щиту распределения переменного тока, к которому подключены потребители с одной стороны, а с другой к выпрямительному устройству, выход которого подключен к центральному распределительному устройству, соединенному с щитом распределительным постоянного тока, к выходу которого подключены потребители, а также инвертор, и щитом распределительным постоянного тока для питания специальной аппаратуры связи.

Кроме того, в автономную систему электроснабжения введены дизель-генераторные установки, электроагрегаты постоянного тока, электроустановка отбора мощности постоянного тока, подключенные к центральному распределительному устройству, к которому присоединена аккумуляторная батарея, при этом, установка отбора мощности переменного тока соединена с блоком коммутации каналов с возможностью управления ею с помощью блока управления системой, выполненным в виде автоматизированного рабочего места, связанного с блоком автоматики для двунаправленного взаимодействия между блоком автоматики и блоками системы через единую информационную шину с одной стороны и обмена цифровыми и аналоговыми сигналами с блоками системы и инвертором с другой стороны.

На фиг. 1 представлена структурная схема автономной системы электроснабжения.

Автономная система электроснабжения содержит основную и резервные дизель-генераторные установки (ДГУ) 1, блоки ввода силового (ВС) 3, блоки коммутации каналов (БКК) 11, фильтры защиты сетевые (ФЗС) 6, выпрямительное устройство (ВУ) 17, центральное распределительное устройство (ЦРУ) 22, щиты распределительные переменного тока (ЩРПрТ) 7, щит распределительный постоянного тока (ЩРПТ) 27, щит распределительный постоянного тока для питания специальной аппаратуры связи (САС) (ЩРПТ-С) 31, инвертор 34, электроустановку отбора мощности (ЭУОМ) переменного тока 16, электроагрегат постоянного тока 20, электроустановку отбора мощности постоянного тока 21 и блок управления системой электроснабжения. Электроагрегат постоянного тока 20 и электроустановка отбора мощности постоянного тока 21 являются резервными источниками системы электроснабжения. Аккумуляторная батарея 19 является аварийным источником системы электроснабжения.

Блок коммутации каналов (БКК) 11 подключен к блоку ввода силового (ВС) 3 через фильтр защиты сетевой 6 для уменьшения уровня напряжения радиопомех на входном разъеме блока ввода силового (ВС) 3. Блок БКК 11 основного канала выдает напряжение переменного тока в щит распределительный переменного тока 7, к которому подключены потребители (функциональная аппаратура), а также в выпрямительное устройство 17, преобразующее напряжение переменного тока в напряжение постоянного тока. Блок БКК 11 резервного канала выдает напряжение переменного тока в щит распределительный переменного тока 7, к которому подключена система жизнеобеспечения (СЖО). Выпрямительное устройство 17 подключено к центральному распределительному устройству 22, к которому подключены аккумуляторная батарея 19, электроагрегат постоянного тока 20 и электроустановка отбора мощности постоянного тока 21. К выходу блока ЦРУ 22 подключен щит распределительный постоянного тока 27, к которому подключены потребители постоянного тока. А также к выходу блока ЩРПТ 27 подключен инвертор 34, преобразующий напряжение постоянного тока в стабилизированное напряжение переменного тока и обеспечивающий гарантированное электроснабжение потребителей переменного тока. Аппарат коммутации введен в блоки ВС - 4, БКК - 12, ЦРУ - 23, ЩРПТ - 28, ЩРПрТ - 8. В блок коммутации каналов 11 и центральное распределительное устройство 22 введены управляемые устройства защиты от внешних факторов 13, 24 соответственно. Устройство защиты от внешних факторов 13 соединено с аппаратами коммутации 4, 12. Устройство защиты от внешних факторов 24 соединено с аппаратом коммутации 23. При воздействии факторов ядерного взрыва устройство защиты от внешних факторов 13 отключает устройства коммутации в блоке ввода силового 4 и блоке коммутации каналов 12, при этом снимается питание с входа щита распределительного переменного тока 7 и выпрямительного устройства 17. При снятии напряжения с входа щита распределительного переменного тока 7 в нем отключается аппарат коммутации 8, при этом снимается напряжение переменного тока с входа потребителей переменного тока, подключенных к щиту распределительному переменного тока. При снятии напряжения с переменного тока с входа выпрямительного устройства 17 выпрямительное устройство отключается и снимает напряжение постоянного тока с входа центрального распределительного устройства (ЦРУ) 22. Одновременно при воздействии факторов ядерного взрыва устройство защиты от внешних факторов 24 отключает устройство коммутации в центральном распределительном устройстве (ЦРУ) 22, при этом снимается напряжение постоянного тока с входов ЩРПТ 27 и ЩРПТ-С 31, при этом отключается устройство коммутации в ЩРПТ 27 и снимается напряжение с выходов ЩРПТ 27, ЩРПТ-С 31, инвертора 34 и подключенных к ним потребителей в том числе с блока управления системой электроснабжения. Тем самым предотвращается выход из строя электронных устройств при воздействии факторов ядерного взрыва. После воздействия включаются устройства защиты от внешних факторов 13 и 24, которые включают аппараты коммутации 4, 12, 23 и после автоматического включения ЩРПрТ 7, ЩРПТ 27, ЩРПТ-С 31 и инвертора 34 подключенные к ним потребители вновь запитываются.

Блок управления системой электроснабжения состоит из автоматизированного рабочего места (АРМ) 2, соединенного с блоком автоматики (БА) 5 по стыку Ethernet. Ячейки сопряжения 9 ЩРПрТ 7, 14 - БКК 11, 18 - ВУ 17, 25 - ЦРУ 22, 29 - ЩРПТ 27, 32 - ЩРПТ-С 31 и 35 - инвертора 34 обеспечивают двунаправленное взаимодействие между БА 5 и данными блоками через единую информационную шину (RS-485). При надлежащем качестве электроэнергии на входе блока ЦРУ 22 ячейка сопряжения 25 блока ЦРУ 22 автоматически вырабатывает сигнал включения аппарата коммутации 23 блока ЦРУ 22 и напряжение постоянного тока подается на вход блока ЩРПТ 27 и блока ЩРПТ-С 31, а ячейка сопряжения 35 инвертора 34 автоматически включает инвертор и напряжение переменного тока подается на выход инвертора, при этом ячейка сопряжения 35 инвертора 34 контролирует величину напряжения на выходе инвертора.

Мнемосхемы 10, 15, 26, 30, 33 служат для ручного режима управления системой, отображения величины контролируемых параметров на входах и выходах соответствующих блоков (напряжений, токов, мощности, частоты) и отображения состояния аппаратов коммутации (включен/отключен) и аварийных ситуаций.

Автономная система электроснабжения работает следующим образом:

при подаче трехфазного напряжения переменного тока на вход блока ВС 3 от дизель-генераторной установки 1 или электроустановки отбора мощности переменного тока 16 или дизель-генераторной установки 1 на вход блока БКК 11 и подключенной к блоку ЦРУ 22 аккумуляторной батарее 19 включают устройства защиты от внешних факторов 13 БКК 11 и 24 ЦРУ 22. При этом при надлежащем качестве заземления объекта связи происходит запитывание внутренних цепей блоков БКК И, ЦРУ 22, БА 5, АРМ 2, ЩРПрТ 7, ВУ 17, ЩРПТ 27, ЩРПТ-С 31, инвертора 34 и информационной магистрали.

При срабатывании устройств защиты от внешних факторов 13, 24 в блоках БКК 11 и ЦРУ 22 происходит отключение питающего напряжения +27 В от внутренних цепей всех блоков системы электроснабжения и информационной магистрали. При подаче трехфазного напряжения переменного тока на вход блока ВС 3 ячейка сопряжения 14 блока БКК 11 выдает команды аппаратам коммутации 4 блоков ВС 3 и БКК 11, которые коммутируют трехфазное напряжение переменного тока на вход блока ВУ 17, ЩРПрТ 7 и транзитный выход блока ВС 3. Ячейка сопряжения 14 блока БКК обеспечивает автоматическую защиту цепей питания блока ВУ 17 и ЩРПрТ 7от перегрузки и токов короткого замыкания.

При пропадании трехфазного напряжения переменного тока на входе блоков ВС 3 и БКК 11 потребители постоянного тока, подключенные к гарантированному выходу блока ЦРУ 22 будут получать питание от аккумуляторной батареи 19. При этом, при пропадании напряжения переменного тока на входе блока ВС 3 блок автоматики 5 по стыку RS485 запустит ЭУОМ 16 или дизель-генераторную установку 1 и блок БКК 11 автоматически коммутирует напряжение переменного тока с выхода ЭУОМ 16 или дизель-генераторной установки 1 на вход блоков ВУ 17 и ЩРПрТ 7.

При неисправности ЭУОМ 16 или дизель-генераторной установки 1 блок автоматики 5 по стыку RS485 запустит электроагрегат постоянного тока 20 или электроустановку отбора мощности постоянного тока 21 и блок ЦРУ 22 автоматически коммутирует напряжение постоянного тока с выхода электроустановки отбора мощности постоянного тока 21 или электроагрегата 20 на вход блоков ЩРПТ 27 и ЩРПТ-С 31.

Таким образом, создана надежная автономная система электроснабжения модульной конструкции с автоматическим управлением системой электроснабжения и каждым блоком в отдельности с возможностью ручного управления и защитой от воздействия факторов ядерного взрыва.

Использование: в области электроэнергетики. Технический результат - повышение надежности работы системы электроснабжения и расширение ее функциональных возможностей. Согласно изобретению блок коммутации каналов и центральное распределительное устройство снабжены устройствами защиты от внешних факторов, а в блок силового ввода, блок коммутации каналов, центральное распределительное устройство, щиты распределения постоянного и переменного тока введены аппараты коммутации. Устройства защиты от внешних факторов интегрированы в систему управления аппаратами коммутации. В автономную систему электроснабжения модульной конструкции введены дизель-генераторные установки, подключенные к блоку силового ввода и блоку коммутации каналов, электроустановки отбора мощности и электроагрегат. Блок управления системой выполнен в виде автоматизированного рабочего места, связанного с блоком автоматики для двунаправленного взаимодействия между автоматизированным рабочим местом и блоками системы и инвертором через единую информационную шину. 1 ил.

Автономная система электроснабжения модульной конструкции, включающая основные и резервные источники питания, блок коммутации каналов, аппараты коммутации, блок силового ввода, распределительные устройства постоянного и переменного токов, выпрямительное устройство, электроустановку отбора мощности переменного тока, инвертор, блок управления системой, отличающаяся тем, что блок коммутации каналов и центральное распределительное устройство снабжены устройствами защиты от внешних факторов с возможностью управления ими, а в блок силового ввода, блок коммутации каналов, подключенный к блоку силовому через сетевой фильтр, щиту распределения переменного тока, к которому подключены потребители, с одной стороны, а с другой к выпрямительному устройству, центральное распределительное устройство, щиты распределительные постоянного и переменного тока введены аппараты коммутации, соединенные с устройствами защиты от внешних факторов, а выход выпрямительного устройства подключен к центральному распределительному устройству, соединенному с щитом распределительным постоянного тока, к выходу которого подключены потребители и инвертор, щитом распределения постоянного тока для питания спецаппаратуры связи, при этом в качестве основных и резервных источников питания введены дизель-генераторные установки, подключенные к блоку силового ввода, электроагрегаты постоянного тока, установка отбора мощности постоянного тока, подключенные к центральному распределительному устройству, к которому присоединена аккумуляторная батарея, а электроустановка отбора мощности переменного тока соединена с входом блока коммутации каналов с возможностью управления ею блоком управления системой, который выполнен в виде автоматизированного рабочего места, связанного с блоком автоматики для двунаправленного взаимодействия между автоматизированным рабочим местом и блоками системы, инвертором через единую информационную шину с одной стороны, а также для обмена цифровыми и аналоговыми сигналами с блоками системы и инвертором с другой стороны.