Журнал ТЕХСОВЕТ премиум
По мнению специалистов, использование постоянного оперативного тока в системах питания автоматики и защиты (в том числе микропроцессорных) на сегодняшний день – наиболее эффективно.
Одной из основных причин, способствующих этому, является практическое отсутствие проблем при параллельном соединении выходов подавляющего большинства источников питания постоянного тока, в том числе и разнотипных, что актуально при построении мощных, а также резервированных систем питания. Условиями приемлемой совместной работы является равенство выходных напряжений и сопротивлений (для химических источников тока и нестабилизированных выпрямителей), а также точность поддержания выходных напряжений либо способность переходить в режим ограничения или стабилизации тока (в случае стабилизированных выпрямителей, выходное сопротивление которых в режиме стабилизации напряжения имеет очень малые значения). Как пример можно взять систему, содержащую основной и резервный выпрямители, параллельно соединенные по выходу, и аккумуляторную батарею (АБ), подключенную также параллельно выходным клеммам выпрямителей и используемую в так называемом буферном режиме. Если выходные цепи выпрямителей подключить к раздельным источникам переменного тока, то получается простая и в тоже время эффективная система бесперебойного питания, широко используемая в системах постоянного оперативного тока.
Выпрямители могут быть выполнены на базе разнообразных управляемых тиристорных (диодно-тиристорных) схем и разделительных трансформаторов, рассчитанных на частоту питающей сети. Пульсации выходного напряжения (и естественно тока) здесь, как правило, ограничиваются с помощью дросселей.
К достоинствам подобных выпрямителей следует отнести относительную простоту схемной реализации, использование отечественной элементной базы в качестве комплектующих изделий и, как следствие, невысокий уровень цен. К недостаткам – значительные массогабаритные показатели, относительно низкое значение КПД – 0,80-0,85.
Наличие управляемого выпрямителя снижает коэффициент мощности по питающей сети переменного тока, который в данном случае является функцией угла регулирования:
К преобразователям указанного типа можно отнести ШУОТ-02-411 и ШУОТ-2403.
Существует другой тип выпрямительных устройств, отличительной особенностью которых является наличие высокочастотного инвертора с классической широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) либо ее разновидностями: ШИМ с фазовым сдвигом или ЧИМ-ШИМ (частотно-импульсной-широтной-импульсной модуляцией). Инверторы выполнены на базе IGBT либо MOSFET-транзисторов (частота преобразования 5-20 кГц, а в случае применения квазирезонансных и резонансных схем частота, как правило еще выше), разделительного ВЧ-трансформатора, выходного ВЧ-выпрямителя. Микропроцессорная схема система управления позволяет существенно поднять «интеллектуальные способности» зарядно-подзарядных выпрямителей систем оперативного тока.
Подобные устройства имеют в несколько раз лучшие массогабаритные характеристики. КПД и коэффициент мощности, как правило, не менее 0,95. Уровень пульсации выходного напряжения находится на более низком уровне (менее 1,5% на активную нагрузку без аккумуляторных батарей).
Применение высокочастотного звена в силовой схеме, а также микропроцессорных контроллеров в составе системы управления позволяет принципиально улучшить потребительские характеристики преобразователей. В частности, амплитуду пульсации выпрямленного входного напряжения можно в значительной степени подавить, используя отрицательную обратную связь по выходному выпрямленному напряжению и воздействуя соответствующим образом на силовые транзисторы инвертора с помощью используемого способа модуляции.
В случае применения двухполупериодной схемы выходного выпрямителя выходной фильтр рассчитывается на подавление пульсации удвоенной частоты преобразования на заданном уровне при номинальном либо максимальном выходном токе и, следовательно, имеет значительно меньшие габариты и массу. Снижение пульсации выходного напряжения, реализация правильных алгоритмов заряда, обеспечение более высокой стабильности поддержания зарядного тока и подзарядного напряжения позволяют существенно увеличить срок службы аккумуляторных батарей.
К преобразователям указанного типа относятся аппараты управления оперативным током АУОТ-20-220-УХЛ4, которые широко применялись на ОАО «Сибнефтепровод», ОАО «Северсталь», НК «Роснефть», ОАО «Новгородэнерго», ОАО «Белгородэнерго», ЗАО «Сибур-Химпром», ОАО «Южно-Балыкский газоперерабатывающий комплекс». Перечисленные организации получили надежный преобразователь, обладающий высокими техническими и эксплуатационными характеристиками, имеющий современный внешний вид, небольшие массу и габариты.
В 2005 году компанией ЗАО «МПОТК «Технокомплект» разработаны на основе современных технологий и запущены в серийное производство аппараты управления оперативным током модернизированные АУОТ-М-20-220-УХЛ4, АУОТ-М-40-220-УХЛ4.
АУОТ-М широко используется в энергетической, химической, горнометаллургической промышленностях, сельском хозяйстве, на газовых и нефтепромыслах, при строительстве и эксплуатации предприятий стройиндустрии и др. областях.
Возможности АУОТ-М позволяют осуществлять бесперебойное питание потребителей стабилизированным напряжением стандарта 220В; заряд аккумуляторных батарей, подключаемых отдельно или в буферном режиме с нагрузкой; контроль состояния аккумуляторных батарей. АУОТ-М успешно применяется для питания цепей подстанционной аппаратуры; высоковольтных выключателей с электромагнитным приводом (типа ВВЭ-10, ВВ/ТЕЛ-10, ВБЭК-10, ВБКЭ10, ВБУЭ10, ВБТЭ10, ВБЭМ10, ЭВОЛИС, FL и др.); цепей управления, сигнализации и блокировок; микропроцессорных устройств защиты (типа РАС-800, RE_XX, MICOM, SEPAM, БМР3, СИРИУС и других, для питания которых необходимо стабилизированное постоянное напряжение); на подстанциях и распредустройствах объектов первой категории электроснабжения. Аппарат имеет микропроцессорную систему управления с цифровой индикацией выходных параметров, 100% резервирование по силовым блокам, одностороннее обслуживание, небольшие массу и габариты (865/1065x600x270 мм, 56/76 кг.), что дает возможность размещать его внутри передвижных модулей распредустройств и пунктов управления (типа К-59, К-63, ОПУ-7, ОПУ-8), которыми комплектуются трансформаторные подстанции типа КТПБ (М) 220, 110, 35, 10, 6 кВ. Конструктивно аппарат состоит из собственно аппарата управления оперативным током – модифицированного (шкаф АУОТ-М) и шкафа распределительного (ШР). Аппарат имеет различные исполнения: с совмещенным ШР, отдельным ШР или без него, настенный, установленный на подставке. В комплект также может входить шкаф аккумуляторный с аккумуляторными батареями.
Шкаф АУОТ-М состоит из двух силовых блоков, преобразующих переменное трехфазное напряжение от двух независимых вводов (3x380В) питающей сети в постоянное выходное напряжение 150÷250В. Подключение потребителей осуществляется либо непосредственно к шкафу АУОТ-М, либо через ШР. В случае пропадания, либо снижении ниже допустимого входного напряжения на «основном» силовом вводе, а также в случае выхода их строя основного силового блока автоматически запускается «резервный» силовой блок. При пропадании напряжения на обоих силовых вводах, питание оперативных цепей осуществляется от аккумуляторной батареи, подключенной к выходу силовых блоков. При появлении любого из входных напряжений, соответствующий силовой блок автоматически возобновляет работу, обеспечивая установленные до исчезновения питания выходные параметры. Таким образом, реализована функция аварийного восстановления резерва (АВР). Во время переключения выходное напряжение поддерживается аккумуляторной батареей.
ШР распределительный (ШР) состоит из автоматических выключателей QF1÷QF12 предназначенных для подключения потребителей оперативного тока к выходной шине, коммутация потребителей оперативного тока осуществляется четырьмя группами автоматических выключателей PL7-DC Moeller. Токи отсечки автоматических выключателей ШР по умолчанию составляют: 6А - 3 направления, 10А - 3 направления, 16А – 3 направления, 25А – 3 направления, а также панели двухцветных (с зеленой и красной подсветкой) светодиодов, для индикации трех состояний автоматических выключателей: «включен», «выключен», «отключился - нет сигнала». Сигналы передаются на внешние устройства посредством интерфейса RS-485, для отображения на панели индикации и записи в энергозависимую память. Точки отсечки автоматических выключателей ШР, а также количество направлений могут быть изменены по согласованию с заказчиком.
Контроллер платы управления периодически, через фиксированные интервалы времени, производит: контроль сигналов аварии с IGBT-модулей силового блока; выдачу импульсов управления на транзисторы силового блока; опрос нажатых кнопок на клавиатуре; передачу информации в плату индикации для отображения ее на дисплее; связь по интерфейсу RS-485 с прибором контроля температуры (термокомпенсация заряда) аккумуляторной батареи; связь по интерфейсу RS-485 с управляющим компьютером верхнего уровня, протоколирование во внутренней энергонезависимой памяти аварийных ситуаций преобразователя.
По командам, поступающим с клавиатуры, плата управления осуществляет включение, выключение, настройку параметров преобразователя, и выдает по интерфейсу SPI на дисплей информацию о текущем состоянии преобразователя и аварийных ситуациях. В случае аварийной ситуации на панели индикации загорается светодиод «Авария» и замыкается «сухой» контакт для выдачи сообщения об аварии на пульт оператора.
Электрическая схема устройства обеспечивает: контроль тока аккумуляторной батареи, контроль напряжения на аккумуляторной батарее; контроль выходного тока подзарядных устройств (ПЗУ) №1, №2; контроль выходного напряжения ПЗУ №1, №2; световую индикацию включенного положения автоматических выключателей фидеров; автоматический контроль сопротивления цепей оперативного тока с индикацией об аварийном снижении сопротивления изоляции; защиту аккумуляторной батареи от коротких замыканий; селективную защиту отходящих фидеров от короткого замыкания; автоматическое отключение основного ПЗУ при возникновении неисправности и включение резервного ПЗУ.
Основные режимы работы аппарата: режим стабилизации, выходного тока при заряде аккумуляторной батареи, с возможностью регулировки параметров и выбора методов заряда; при пропадании напряжения питающей сети аппарат должен обеспечить потребителей непосредственно от аккумуляторной батареи.
Преобразователь эксплуатируется совместно с необслуживаемыми свинцово-кислотными герметичными (технология «dryfit» с желеобразным электролитом) аккумуляторами фирмы Sonnenschein GmbH (Германия) типа А500, А400 стандартной емкостью 65-85 А/ч (или аккумуляторами повышенной емкости 100-120 А/ч), которые поставляются комплектно с АУОТ-М. Аккумуляторы располагаются в аккумуляторных шкафах, поставляемых в настоящее время в трех исполнениях:
Исполнение 1 – габаритные размеры (высота x ширина x глубина) 1610x850x550 мм (два ряда аккумуляторов, установлено продольно); Исполнение 2 – габаритные размеры 1780x1570x230 мм (один ряд аккумуляторов, установленных продольно); Исполнение 3 – габаритные размеры 1600x975x500 мм (один ряд аккумуляторов, установленных поперечно).
Все три исполнения допускают установку до 18 аккумуляторов емкостью от 65-85 А/ч. Рекомендуемое количество аккумуляторов – 17, в этом случае подзарядное напряжение аккумуляторной батареи составляет 235В (6x17x2,3 = 234,6 В, где 2,3 (при Т окр=20оС) – подзарядное напряжение на один двухвольтовый элемент (см. Инструкцию 32500-Р по установке, обслуживанию и эксплуатации аккумуляторов серии А500).
Дополнительно разработаны аккумуляторные шкафы, позволяющие применять аккумуляторы емкостью до 120 А/ч.
Следует также отметить, что эксплуатация АУОТ-М оперативно поддерживается специалистами службы гарантийного и сервисного обслуживания ЗАО «МПОТК «Технокомплект». В рамках сервисного обслуживания все без исключения преобразователи подвергаются профилактическому осмотру и необходимому ремонту, обновлению версии ПО.
Подробнее об аппаратах управления оперативным током на сайте