Распределительные устройства постоянного тока серии РУ-3,3к для тяговых подстанций железных дорог

Современные распределительные устройства нового поколения серии РУ-3,3к предназначены для работы на тяговых подстанциях постоянного тока в системе энергоснабжения тяговой сети железных дорог. Основные особенности:

• высокая степень надежности;
• степень защиты (в соответствии с ГОСТ14254-96): IP54 - отсек управления, IP43 – остальные отсеки (кроме днища);
• крайне низкая потребность в периодическом обслуживании и периодических ремонтах;
• небольшие габаритные размеры, масса, материалоемкость и, как следствие – экономия пространства подстанционных помещений;
• обеспечено удобство осмотров и обслуживания за счет применения выкатного элемента с выключателем и разъединителем рабочей шины;
• наличие возможности мониторинга и самодиагностики оборудования, в результате - снижение времени на обслуживание, поиск неисправностей, ремонтно-восстановительные работы;
• встроенная система мониторинга тяговой сети с набором электронных защит тяговой сети;
• конструкционно обеспечена высокая безопасность эксплуатации;
• обеспечена защита возникновения пожаров.

Распределительные устройства удовлетворяют требованиям ПУЭ, ПТЭ, ПБЭ ЭП, ППБ, СНИП, а также техническим условиям.

Рис. 1. Распределительное устройство линейное РУ-3,3к-Л

Концептуальные решения, применяемые в серии РУ-3,3к производства ЗАО «ЭТК «Плутон» основаны на минимизации участия человека в процессах переключения, сборки и разборки схемы на подстанции. Мы исходим из того положения, что чем меньше человек вмешивается в процесс переключений, процесс обдумывания блокировок, чем меньше прикладывает механические усилия к коммутирующим аппаратам в процессе переключения – тем надежнее работает электроустановка и тем меньше вероятность поражения персонала электрическим током. Данная концепция реализуется с помощью применения малогабаритных, маломощных сервоприводов для управления разъединителями, для выкатывания и закатывания тележки с выключателем, а также с помощью применения электромагнитных блокировок, исполнительных механизмов, управляемых промышленными контроллерами.

Силовая часть распредустройства выполнена с применением технологии необслуживаемых контактных соединений. Использованы специальные компенсирующие устройства производства ФРГ, которые стабилизируют прижим на контактных соединениях, независимо от температуры и тепловых суточных и сезонных колебаний. Благодаря этому при эксплуатации распредустройств серии РУ-3,3к нет необходимости в контроле, периодической подтяжке, зачистке контактных соединений. Температурная стабилизация контактного соединения повышает пожаробезопасность распредустройств и подстанции в целом.

Ячейки РУ-3,3к состоят из трех основных отсеков: отсек с быстродействующим выключателем, отсек силовых шин и кабелей, отсек автоматики и управления. Силовые и низковольтные отсеки в РУ-3,3к разделены, что обеспечивает безопасность обслуживания и эксплуатации, а также делает невозможным проникновение плазмы из отсека в отсек и из силовых отсеков в отсек системы управления.

В отсеке быстродействующего выключателя находится выкатной элемент – тележка, на которой установлен быстродействующий выключатель, двухполюсный разъединитель рабочей шины, сервопривод выкатного элемента, исполнительные механизмы электромагнитных блокировок и др.

Выкатной элемент имеет три положения: рабочее, контрольное и ремонтное. Из рабочего положения в контрольное, а также обратно из контрольного в рабочее выкатной элемент перемещается автоматически с помощью электрического сервопривода. При этом человек не прикладывает никаких усилий при закатывании и выкатывании тележки. В контрольное положение и обратно в рабочее тележка перемещается только после того, как управляющий контроллер даст разрешение на выкатывание тележки, проверив все блокировки, которые участвуют в системе безопасности на подстанции (а не только в данной конкретной ячейке).

Описанный алгоритм означает, что человек только дает команду собрать или разобрать схему нажатием на ту или иную кнопку панели управления. Все остальное делает электроника и механика: проверяет возможность осуществления поданной команды из соображения безопасности, посредством электрических сервоприводов управляет разъединителями, быстродействующим выключателем, выкатной тележкой, механическими блокировками. В случае невозможности выполнения той или иной команды система сообщает о невыполнении команды и о причине этого невыполнения.

Состояние коммутирующих аппаратов распредустройства изображается в каждый момент времени на панели визуализации и управления распредустройствами серии РУ-3,3к, расположенной в распределительном устройстве РУ-3,3к-З.

 

Рис. 2. Выкатной элемент с быстродействующим выключателем UR40-64

БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИЙ ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ И РАЗЪЕДИНИТЕЛИ

В распределительных устройствах серии РУ-3,3к применяются быстродействующие выключатели UR26-64, UR36-64 и UR40-64, производства компании Secheron (Швейцария). Применение этих выключателей позволяет выполнить ячейку с габаритом: 1200 х 2200 х 1400 мм (ШхГхВ). Массогабаритные показатели описываемых распределительных устройств более чем в 2,5 раза меньше аналогичных параметров распределительных устройств, построенных на базе быстродействующих выключателей ВАБ. Уменьшение габаритных размеров распределительных устройств значительно экономит место на подстанции, снижая расходы на капитальное строительство.

Эксплуатационные и электротехнические характеристики выключателей UR26-64, UR36-64 и UR40-64 существенно превосходят аналогичные характеристики выключателей ВАБ.

Благодаря высокой механической и электрической надежности применение выключателей UR26-64, UR36-64 и UR40-64 ведет к снижению затрат на их обслуживание. Конструкция выключателя позволяет выполнить необходимые механические блокировки с линейным разъединителем.

Таблица 1. Технические характеристики быстродействующих выключателей UR26-64, UR36-64 и UR40-64

Наименование параметра	UR26-64	UR36-64	UR40-64
1. Род тока главной цепи	Постоянный
2. Номинальный рабочий ток, при установке в шкафу, А	2600	3600	4600
3. Номинальное напряжение главной цепи, В	3600
4. Пределы токов уставки, кА	1,4-2,7 и 2,0-8,0	2,0-8,0 и 4,0-15,0
5. Номинальная отключающая способность тока короткого замыкания, кА/мс	40/31,5
6. Механическая прочность без обслуживания, чистки и смазки (неаварийных переключений)	8 х 25000
7. Внеочередная ревизия	После 250 отключений по перегрузке
8. Испытательное напряжение, кВ	18,5
9. Напряжение собственных нужд постоянного тока, В	24, 36, 48, 72, 96, 110, 220
10. Масса, кг	133	150	154

Основные преимущества быстродействующих выключателей UR26-64 и UR40-64:

• Механическая простота;
• Автоматическая настройка прижатия контакта;
• Длительный срок службы (3000 отключений токов короткого замыкания (далее к.з.) до замены контактов);
• Изоляционный материал самоочищается под действием дуги;
• Уставка на отключение регулируется плавно;
• Все изоляционные материалы соответствуют жестким Европейским экологическим требованиям;
• Нет дугогасящего контакта, что делает время на отключение минимальным;
• Ток при отключении выключателя при к.з. не успевает достигнуть больших значений;
• Длительное время не требуется смазка, регулировка, техническое обслуживание.

Рис. 3. Разъединитель EDT3-20

В распределительных устройствах серии РУ-3,3к применяются разъединители EST и EDT, которые имеют уникальную конструкцию контактной системы с двойным разрывом и самозачищающимися контактами, приводимыми в движение малогабаритным сервоприводом. Это позволяет выполнить подключение быстродействующего выключателя (установленного на выкатной тележке) к силовой шине без механических усилий.

Легкость выкатывания тележки с выключателем и двухполюсным разъединителем типа EDT достигается за счет оригинальной конструкции разъединителя. Разъединитель двухполюсный, каждый полюс имеет два ряда ламелей, которые в исходном (отключенном) состоянии разведены таким образом, что подключаемые шины входят в зону ламелей беспрепятственно, без механического сопротивления. Только после того, как выкатной элемент окажется в рабочем положении, все блокировки подтвердят разрешение на включение разъединителя, сервопривод начинает сводить ламели, и ламели обжимают шины. При этом, за счет оригинальной механики, ламели притираются о плоскость шины, зачищая окисную пленку серебра. Каждая ламель прижимается индивидуальной пружиной, не связана с другими ламелями и работает самостоятельно. В случае выхода из строя одной ламели (ослабла пружина и др.) остальные ламели остаются в работе и никаких аварийных ситуаций не возникает. К тому же по суммарной площади контактных ламелей разъединитель имеет четырехкратный запас контактной поверхности.

Разъединители серии EST и EDT относится к категории необслуживаемых, с количеством циклов до технического обслуживания – 10 000 циклов (или 10 лет). Разъединители снабжены бесшумным маломощным электрическим приводом мощностью 18 Вт. Применение электроприводов управляемых системой автоматики снижает риск повреждения разъединителей в случае ошибочных действий оперативного персонала.

Распредустройства серии РУ-3,3к снабжены специальным заземляющим разъединителем, что исключает необходимость наложения переносного заземления оперативным персоналом. Заземляющий разъединитель имеет такую же конструкцию, как описанный выше разъединитель рабочей шины. Разъединитель управляется сервоприводом или вручную. При проведении регламентных и ремонтных работ нет необходимости доступа персонала в шинный отсек, что существенно снижает риск поражения электрическим током.

Таблица 2. Технические характеристики разъединителей EST и EDT

Наименование параметра	EST3-10	EDT3-40
1. Номинальный ток, А	1000	4000
2. Максимальное значение кратковременного тока, кА	80	100
3. Механическая прочность (максимальное количество переключений)	30 000	20 000
4. Усилие привода, Н	7	10
5. Периодичность технического обслуживания	Через 10000 циклов (или через 10 лет)

 

СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ, ЗАЩИТЫ И МОНИТОРИНГА ПОДСТАНЦИИ

Рис. 4. Отсек управления распределительного устройства серии РУ-3,3к

Распределительные устройства серии РУ-3,3к снабжены микропроцессорной системой управления, защиты и мониторинга.

В состав системы входят промышленные контроллеры, промышленный компьютер с TFT монитором и система мониторинга тяговой сети SMTN-3.

Ячейки серии РУ-3,3к оборудованы промышленными контроллерами фирмы Bernecker & Rainer (Австрия). Все алгоритмы реализуются на программном уровне, а управление сервоприводами, исполнительными механизмами, быстродействующим выключателем осуществляется с помощью электронных коммутирующих элементов.

Промышленный компьютер с TFT монитором встраивается в одну из ячеек линейки РУ-3,3к. Промышленный компьютер обеспечивает визуализацию и управление с функцией управления путем прикосновения и позволяет в простой и удобной форме отображать состояние элементов подстанции, представлять информацию в доступном для анализа виде.

Рис. 5. Однолинейная схема на экране промышленного компьютера

Система мониторинга тяговой сети SMTN-3 в течение всего времени работы распредустройств ведет постоянное осциллографирование параметров тяговой сети: тока и напряжения. Ведется запись медленного и быстрого следа. Система способна различить реальный переходной процесс (перегрузка, к.з.) от всплесков, создаваемых подвижным составом.

Система управления, защиты и мониторинга ведет протокол событий, происходящих на тяговой подстанции, запись аварийных процессов, мониторинг тяговой сети (нагрузок фидерных линий, напряжения тяговой сети). Энергонезависимый протокол, который сохраняется в памяти компьютера, служит для фиксирования и регистрации всех процессов, происходящих на тяговой подстанции, выявления ошибок персонала, предшествующих аварийным режимам. Особенности работы системы управления, защиты и мониторинга тяговой подстанции:

• выполняет функции основных защит: dI/dt, ?I/?t, максимально токовую защиту, защиту от минимального напряжения, токовременную защиту;
• получает команды от аппаратуры более высокого уровня управления и обрабатывает их в соответствии с заданным алгоритмом, выдает подтверждения о выполнении команд;
• выдает управляющие команды конечным устройствам;
• осуществляет запись в памяти контроллера всех событий во времени и обеспечивает связь по сети через интерфейсы RS-232, RS-485, CAN;
• имеет возможность объединения в сеть с системой верхнего уровня и встраиваться в глобальные автоматизированные системы управления тяговыми подстанциями.