Создание формируемых источников аварийного электропитания на базе тепловоза

Размещено на http://www.allbest.ru/

Создание формируемых источников аварийного электропитания на базе тепловоза

Введение

Дизель-генераторостроение - основа развития многих автономных систем электроснабжения. Зарубежные прогнозы свидетельствуют о благоприятных перспективах применения дизелей в качестве приводов для электрогенераторов. В текущем десятилетии ожидаются высокие темпы роста спроса на электроэнергию, полученную от автономных дизель-электростанций (ДЭС). Это связано с тем, что в настоящее время строительство тепловых, атомных и гидравлических электростанций, дающих наиболее дешевую электроэнергию, довольно дорого для стран бывшего СССР, а при относительно малых капитальных затратах ДЭС способны обеспечить потребности в электроэнергии населения малых городов и сельской местности, а также небольших промышленных предприятий [1].

В связи с этим вопрос об автономных источниках питания остро стоит в условиях чрезвычайных ситуаций, когда стационарные источники энергопотребления или разрушены, или недоступны, тогда как масштабы аварий и природных катастроф могли бы быть существенно меньше, если бы человек имел в своем распоряжении те же энергомеханические ресурсы, что и в обычных условиях.

Одним из способов решения этой задачи является использование энергии транспортных средств, так называемые формируемые источники аварийного электропитания (ФИАЭ) [2], которые создаются в момент развития аварийной ситуации или в предшествующий период из состава имеющегося в условиях конкретного предприятия энергомеханического и электротехнического оборудования.

Цель работы - анализ силовой элементной базы и обоснование возможности использования в качестве ФИАЭ тепловоза, точнее его силового генератора.

Материал и результаты исследований. Действительно, практически каждое предприятие имеет в своей структуре железнодорожный парк. Таким образом, применение энергии тепловоза в условиях чрезвычайной ситуации и естественно, и логично. энергия аварийный тепловоз

Так как большинство типов тепловозов имеют генераторы постоянного тока, то структура ФИАЭ будет иметь такой вид:

Рисунок 1 - Функциональная схема ФИАЭ с генераторами постоянного тока:

1 - генератор; 2, 4 - коммутационная аппаратура;

3 - инвертор; 5 - нагрузка

Проведенное исследование показало, что ни МЧС, ни, тем более, предприятия не имеют на своем балансе электроинструментов, требовательных к качеству электроэнергии. В основном, используются промышленные угловые шлифовальные машины, дрели, перфораторы, воздуходувы и т. д.

В связи с этим, наиболее целесообразным является применение именно тиристорного инвертора напряжения, как наиболее дешевого, простого и надежного. Несмотря на появление на рынке новых приборов силовой электроники [3] (запираемые тиристоры GTO, IGCT; полевые транзисторы с изолированным затвором MOSFET; биполярные транзисторы с изолированным затвором IGBT), достоинства традиционных полууправляемых тиристоров являются превалирующими над их недостатками для решения задачи создания ФИАЭ (табл. 3) [4].

Соотношение цен между ними приведено в табл. 1, где за 1 принята цена тиристора.

Таблица 1 -

Сравнительные цены на приборы в о. е

Максимальные параметры силовых полупроводниковых приборов, имеющихся на рынке представлены в табл. 2.

Таблица 2 -

Параметры силовых полупроводниковых приборов

Величина номинального тока 3350А позволяет использовать традиционный тиристор в качестве элемента инвертора практически для любой модели отечественного тепловоза (табл. 4).

Для коммутации электрического тока возможно применение автоматических выключателей серии "Электрон" [6], предназначенные для установки в цепях с номинальным напряжением постоянного тока до 440 В и переменного тока до 660 В частотой 50 и 60 Гц. Они используются для проведения тока в нормальном режиме и отключения тока при коротких замыканиях и перегрузках, а также для нечастых (до 10 раз в сутки) оперативных включений и отключений электрических цепей. Типы выключателей серии "Электрон" и соответствующие им значения номинальных токов приведены в табл. 5

Таблица 3 -

Сравнение потребительских характеристик современных мощных силовых ключей с двусторонним теплоотводом

Выключатель имеет 2 вида защит. При возникновении в защищаемой цепи тока перегрузки недопустимой продолжительности или короткого замыкания срабатывает расцепитель максимального тока, воздействуя на механизм управления, и выключатель автоматически отключается. Возникшая при размыкании контактов электрическая дуга гасится внутри дугогасительного устройства.

Максимально-токовая защита состоит из датчиков тока, блока сопротивлений, полупроводникового блока РМТ и электромагнитного исполнительного устройства ЭИУ. Датчиками МТЗ постоянного тока служат установленные на нижних выводах выключателя магнитные усилители, датчиками МТЗ переменного тока являются трансформаторы тока, установленные там же, где и магнитные усилители. Трансформаторы тока одновременно являются источником питания РМТ. Питание РМТ постоянного тока должно осуществляться от независимого источника постоянного тока с напряжением 110 или 220 В.

Минимальная защита при снижении напряжения осуществляется минимальным расцепителем напряжения, который обеспечивает отключение выключателя при напряжении в пределах 70-35% от номинального и не препятствует включению выключателя при напряжении 85% от номинального и выше.

Дистанционное отключение осуществляется независимым расцепителем.

Таким образом, в качестве коммутационного аппарата 2 (рис. 1) используется выключатель постоянного тока, а коммутационного аппарата 4 (рис. 1) - выключатель переменного тока.

Для передачи электрического тока можно использовать кабель СБН 3800+1, применяющийся во взрывоопасных помещениях и угольных шахтах, прокладка разрешена открытым способом [5]. Его данные: сечение - 800 мм 2, оболочка - свинцовая, подушка - особо уплотненная, бронь - стальные ленты, защитный покров - негорючий, ГОСТ 340-59, коммутируемый ток при прокладке в воздухе - 1400 А. Таким образом, для большинства тепловозов придется использовать параллельное соединение нескольких кабелей, иначе возможно использование кабелей с жилами прямоугольного сечения 120/10 мм (коммутируемый ток 4100 А переменного напряжения и 5000 А постоянного), но их прокладка очень затруднительна.

В качестве трансформаторов тока можно использовать трансформаторы тока серий Т-066, ТОП-066, ТКМ с коэффициентами 600/5, 750/5 или 800/5 - в зависимости от мощности генератора.

Инвертор напряжения работает по закону U/Z=const, где U - выходное напряжение инвертора, а Z - величина полного сопротивления нагрузки. Регулирование выходного напряжения инвертора производится изменением входного напряжения, т. е. выходного напряжения генератора Uг, путем изменения тока возбуждения в параллельной обмотке возбуждения генератора ОВГ 2 (рис. 2).

Таблица 4 -

Типы генераторов, применяемых в различных сериях тепловозов

Таблица 5 -

Номинальные токи выключателя

Рисунок 2 - Принципиальная схема ФИАЭ на базе генератора постоянного тока

Для этого в цепь параллельной обмотки вводится транзисторный ключ, который изменением ширины скважности импульса регулирует величину напряжения UВ 2, прикладываемого к ОВГ 2. С учетом того, что во всех моделях генераторов, использующихся в тепловозах (табл. 5) выходное напряжение Uг больше 380В, то генератор в режиме ФИАЭ будет практически все время работать с ослабленным магнитным полем.

Работа системы управления инвертором напряжения сводится лишь к распределению управляющих импульсов между тиристорами; никакого регулирования она не производит, кроме поддержания частоты 50 Гц.

В качестве обратных связей используются: ток нагрузки инвертора, выходное напряжение инвертора U и частота инвертированного напряжения (рис. 2).

Выводы

В работе показано возможность применения тепловозов в качестве ФИАЭ; проведен анализ элементной базы инвертора, коммутационной аппаратуры, трансформаторов тока. Наличие в составе предприятия ФИАЭ такой мощности, как генераторы тепловозов, причем имеющие возможность перемещаться по железнодорожным путям, позволит существенно облегчить ликвидацию последствий чрезвычайных ситуаций, особенно при прекращении централизованного электроснабжения.

Литература

Стрелков Ю.И., Шарапов С.В., Мельников Д.В. Перспективы развития дизельных электрических станций//Промышленная энергетика. - 2001. - № 11. С. 28 - 32.

2. Артамонов В.В., Маслов В.Е., Родькин Д.И., Солтус А.П. К вопросу создания формируемых источников аварийного электропитания // Энергетика и энергосбережение. - С. 114-120

3. С.Н. Флоренцев. Состояние и перспективы развития приборов силовой электроники на рубеже столетий//Электротехника. - 1999. - №4. С. 2-10.

4. В.И. Галанов, Ю.А. Шершнев, М.К. Гуревич, М.А. Козлова. Современные мощные полупроводниковые приборы и их функциональные особенности.//Электротехника. - 98. - №3. С. 48-52.

5. Д.С. Багелис, Н.С. Белоруссов, А.Е. Саакян. Электрические кабели, провода и шнуры. "Энергия", Москва, 1971.

6. Технический паспорт автоматического выключателя серии "Электрон".

Размещено на Allbest.ru