RU2762032C1

RU2762032C1 - Autonomous power supply system of a modular structure

Info

Publication number: RU2762032C1
Application number: RU2020131328A
Authority: RU
Inventors: Валентин Алексеевич Костылев; Валентин Данилович Комаров; Павел Николаевич Герасимов; Сергей Александрович Лихачев
Original assignee: Акционерное общество "Научно-производственная фирма "СИГМА"
Priority date: 2020-09-22
Filing date: 2020-09-22
Publication date: 2021-12-14

Abstract

FIELD: electrical power engineering.

SUBSTANCE: according to the invention, the channel switching unit and the central distribution apparatus are equipped with apparatuses for protection against external factors, and switching apparatuses are introduced into the power input unit, the channel switching unit, the central distribution apparatus, the direct and alternating current distribution boxes. The apparatuses for protection against external factors are integrated into the switching apparatus control system. Diesel generator sets connected to the power input unit and the channel switching unit, power takeoff electrical sets and an electric unit are included into the autonomous power supply system of a modular structure. The system control unit is made in the form of an automated workplace associated with the automation unit for bidirectional interaction between the automated workplace and the system units and the inverter via a single information bus.

EFFECT: increase in the reliability of the power supply system and expansion of the functional capabilities thereof.

1 cl, 1 dwg

Description

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.An autonomous power supply system of a modular design refers to power distribution systems and can be used to supply power to communication and control facilities of various functional purposes, located both on ground vehicles and in stationary facilities.

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).A universal power supply system for mobile objects is known, containing power inputs, remote switchgears with power sources, switching devices, an electrical power take-off, input voltage and output voltage control units, an automatic channel switching unit, a rectifier, a DC load control unit, a centralized control point ( RF patent No. 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).Known is an automated power supply system for a mobile complex containing a power input unit, two switching devices, an automatic channel switching unit, a rectifier, DC and AC load distribution units, a power system control unit (RF Patent No. 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).The most famous is the autonomous power supply system for mobile objects. It contains the main and backup power sources, power input, switchgear, channel switching unit, power circuit switching devices, rectifier, inverter, AC power take-off, power circuit breakers, automated control unit. Four switching devices are designed to switch power circuits from the main and backup sources and are connected to the inputs of the circuit breakers (RF Patent No. 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.The disadvantage of this system is that it does not provide for the preservation of the operability of the power supply system and the equipment connected to it in a nuclear explosion and when exposed to ionizing radiation, followed by the restoration of power and long-term continuous operation, as well as there are no diesel-generator sets and electric units of constant power in the system. current, which reduces the reliability of the power supply system.

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.EFFECT: increasing the reliability of the power supply system and expanding its functional capabilities by maintaining the operability of the power supply system and the equipment connected to it in the conditions of a nuclear explosion and ionizing effects, followed by continuous operation after exposure to the factors of a nuclear explosion, as well as the inclusion of diesel generator sets in its composition. installations and generating sets of direct current.

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.The technical result is achieved by the fact that an autonomous power supply system of a modular design, including main and backup power supplies, channel switching units, switching devices, power input units, DC and AC distribution devices, a rectifier, an AC power take-off installation, an inverter and a control unit system, has a channel switching unit and a central switchgear with integrated protection devices from external factors with the ability to control them, and power input units, channel switching units, a central switchgear, DC and AC distribution boards are equipped with switching devices connected to the devices protection from external factors, while the channel switching unit is connected to the power unit through a power filter, an AC distribution board to which consumers are connected on one side, and on the other to a rectifier y, the output of which is connected to a central distribution device connected to a DC distribution board, to the output of which consumers are connected, as well as an inverter, and a DC distribution board to supply special communication equipment.

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.In addition, diesel-generator sets, DC electric units, a DC power take-off unit connected to the central switchgear, to which the battery is connected, were introduced into the autonomous power supply system, while the AC power take-off unit is connected to the channel switching unit with the possibility its control using the system control unit, made in the form of an automated workstation connected to the automation unit for bidirectional interaction between the automation unit and the system units through a single information bus on the one hand and the exchange of digital and analog signals with the system units and the inverter on the other side.

На фиг. 1 представлена структурная схема автономной системы электроснабжения.FIG. 1 shows a block diagram of an autonomous power supply system.

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.The autonomous power supply system contains the main and backup diesel generator sets (DGS) 1, power input units (VS) 3, channel switching units (CCU) 11, network protection filters (FZS) 6, a rectifier unit (VU) 17, a central switchgear (CIA) 22, AC distribution boards (SCHRPrT) 7, DC distribution board (SCHRPT) 27, DC distribution board for powering special communication equipment (SAS) (SCHRPT-S) 31, inverter 34, electrical power take-off (EUOM ) alternating current 16, a direct current generating unit 20, an electrical power take-off direct current 21 and a power supply system control unit. The DC power unit 20 and the DC power take-off unit 21 are backup sources of the power supply system. The storage battery 19 is an emergency source of the power supply system.

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.The channel switching unit (BKK) 11 is connected to the power input unit (BC) 3 through the network protection filter 6 to reduce the level of radio interference voltage at the input connector of the power input unit (BC) 3. The BKK 11 unit of the main channel outputs AC voltage to the AC distribution board current 7, to which consumers (functional equipment) are connected, as well as to a rectifier 17, which converts the alternating current voltage into direct current voltage. Block BKK 11 of the reserve channel outputs AC voltage to the AC distribution board 7, to which the life support system (LSS) is connected. The rectifier 17 is connected to the central switchgear 22, to which the storage battery 19, the DC generator 20 and the DC power take-off unit 21 are connected. The DC distribution board 27 is connected to the output of the CIA unit 22, to which DC consumers are connected. And also an inverter 34 is connected to the output of the SHRPT unit 27, which converts the DC voltage into a stabilized AC voltage and provides a guaranteed power supply to the AC consumers. The switching device is introduced into the VS - 4, BKK - 12, CIA - 23, SHRPT - 28, SHRPrT - 8 units. Controlled protection devices from external factors 13, 24, respectively, are introduced into the channel switching unit 11 and the central switchgear 22. The protection device from external factors 13 is connected to the switching devices 4, 12. The protection device from external factors 24 is connected to the switching device 23. When exposed to the factors of a nuclear explosion, the protection device from external factors 13 turns off the switching devices in the power input unit 4 and the channel switching unit 12 , at the same time power is removed from the input of the AC distribution board 7 and the rectifier 17. When the voltage is removed from the input of the AC distribution board 7, the switching device 8 is disconnected in it, while the AC voltage is removed from the input of the AC consumers connected to the distribution board alternating current. When the AC voltage is removed from the input of the rectifier 17, the rectifier turns off and removes the DC voltage from the input of the central distribution device (CIA) 22. At the same time, when exposed to the factors of a nuclear explosion, the protection device from external factors 24 turns off the switching device in the central distribution device (CIA ) 22, while the DC voltage is removed from the inputs of SHRPT 27 and SHRPT-C 31, while the switching device in SHRPT 27 is turned off and the voltage is removed from the outputs of SHRPT 27, SHRPT-C 31, inverter 34 and consumers connected to them, including from the power supply system control unit. This prevents the failure of electronic devices when exposed to factors of a nuclear explosion. After exposure, protection devices from external factors 13 and 24 are turned on, which turn on switching devices 4, 12, 23 and after automatic switching on of SHRPrT 7, SHRPT 27, SHRPT-S 31 and inverter 34, the consumers connected to them are again powered.

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.The power supply system control unit consists of an automated workstation (AWP) 2 connected to the automation unit (BA) 5 via an Ethernet interface. Coupling cells 9 SHRPrT 7, 14 - BKK 11, 18 - VU 17, 25 - CIA 22, 29 - SHRPT 27, 32 - SHRPT-S 31 and 35 - inverter 34 provide bi-directional interaction between BA 5 and these units through a single information bus (RS-485). With proper power quality at the input of the CIA 22 unit, the interface cell 25 of the CIA 22 unit automatically generates a signal to turn on the switching apparatus 23 of the CIA 22 unit and the DC voltage is supplied to the input of the SHRPT 27 unit and the SHRPT-S 31 unit, and the interface cell 35 of the inverter 34 automatically turns on the inverter and an AC voltage are supplied to the output of the inverter, while the gateway 35 of the inverter 34 monitors the magnitude of the voltage at the output of the inverter.

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.Mnemonic diagrams 10, 15, 26, 30, 33 are used for manual control of the system, displaying the values of monitored parameters at the inputs and outputs of the corresponding blocks (voltages, currents, power, frequency) and displaying the state of switching devices (on / off) and emergency situations.

Автономная система электроснабжения работает следующим образом:The autonomous power supply system works as follows:

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.when a three-phase AC voltage is applied to the input of the VS 3 unit from a diesel generator set 1 or an AC power take-off unit 16 or a diesel generator set 1 to the input of the BKK unit 11 and a battery 19 connected to the CIA unit 22, they switch on protection devices against external factors 13 BKK 11 and 24 CIA 22. At the same time, with proper grounding of the communication object, the internal circuits of the BKK I, CIA 22, BA 5, AWP 2, SHRPrT 7, VU 17, SHRPT 27, SHRPT-C 31, inverter 34 and information highway.

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.When the protection devices from external factors 13, 24 are triggered in the BKK 11 and CIA 22 units, the +27 V supply voltage is disconnected from the internal circuits of all units of the power supply system and the information highway. When a three-phase AC voltage is applied to the input of the VS 3 unit, the coupling cell 14 of the BKK 11 unit issues commands to the switching devices 4 of the VS 3 and BKK 11 units, which switch the three-phase AC voltage to the input of the VU 17 unit, SHRPrT 7 and the transit output of the VS 3 unit. The interfacing cell 14 of the BKK unit provides automatic protection of the power supply circuits of the VU 17 and SHRPRT 7 unit against overload and short-circuit currents.

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.In the event of a three-phase AC voltage failure at the input of VS 3 and BKK 11 units, DC consumers connected to the guaranteed output of the CIA 22 unit will receive power from the accumulator battery 19. At the same time, in the event of a loss of AC voltage at the input of VS 3 unit, the automation unit 5 by the RS485 interface will start the EUOM 16 or diesel generator set 1 and the BKK 11 unit automatically switches the alternating current voltage from the output of the EUOM 16 or the diesel generator set 1 to the input of the VU 17 and SHRPRT 7 units.

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.In the event of a failure of EUOM 16 or diesel generator set 1, the automation unit 5 at the RS485 interface will start the DC generator 20 or the DC power take-off 21 and the CIA 22 automatically switches the DC voltage from the output of the DC power take-off 21 or the generator 20 to the input SHRPT 27 and SHRPT-S 31 blocks.

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.Thus, a reliable autonomous power supply system of a modular design has been created with automatic control of the power supply system and each unit separately with the possibility of manual control and protection from the effects of nuclear explosion factors.

Claims

An autonomous power supply system of a modular design, including main and backup power supplies, a channel switching unit, switching devices, a power input unit, DC and AC switchgear, a rectifier, an AC power take-off unit, an inverter, a system control unit, characterized in that the channel switching unit and the central switchgear are equipped with protection devices against external factors with the ability to control them, and in the power input unit, a channel switching unit connected to the power unit through a power filter, an alternating current distribution board to which consumers are connected, on the one hand, and on the other hand, switching devices connected to protection devices against external factors are introduced to the rectifier, central switchgear, DC and AC distribution boards, and the output of the rectifier is connected to the central distribution a dividing device connected to a DC distribution board, to the output of which consumers and an inverter are connected, a DC distribution board for powering special communication equipment, while diesel generator sets connected to a power input unit, DC electric units are introduced as the main and backup power sources. current, a DC power take-off unit connected to a central switchgear to which a storage battery is connected, and an AC power take-off unit is connected to the input of a channel switching unit with the ability to control it by a system control unit, which is made in the form of an automated workstation associated with an automation unit for bidirectional interaction between an automated workstation and system units, an inverter through a single information bus on one side, as well as for the exchange of digital and analog signals with system units and inverter on the other side.