[07-2019] Знакомьтесь: тепловоз ТЭП70БС нового исполнения
 

Знакомьтесь: тепловоз ТЭП70БС нового исполнения

С.И. КИМ, канд. техн, наук, А.А. ПРОНИН, инженер, АО «ВНИКТИ», г. Коломна, А.А. АКСЕНЮК, А.В. БЫЧКОВ, инженеры, ОАО «Коломенский завод»

Энергоснабжение вагонов пассажирских поездов на электрифицированных железнодорожных линиях постоянного тока напряжением 3 кВ осуществляется по однопроводной высоковольтной цепи. Передача электрической энергии в пассажирские вагоны поезда от контактной сети осуществляется через токоприемник, защитные устройства и коммутационные электрические аппараты электровоза. При этом протекание обратного тока энергоснабжения к электровозу происходит по рельсовой линии. На изолирующих стыках обратный ток протекает через междроссельную перемычку дрос-сель-трансформаторов цепи обратного тягового тока двухниточных рельсовых цепей или через тяговый соединитель в однониточных рельсовых цепях.

При этом существует дополнительная цепь протекания обратного тока через автосцепку вагонов и электровоза, которая не может обеспечить надежного электрического соединения и тем самым не гарантирует протекание обратного тока. На рис. 1 представлен вариант однопроводной схемы энергоснабжения состава (СЭС), применяемой при электрической тяге поездов на электрифицированных участках железных дорог.

На неэлектрифицированных участках железных дорог с тепловозной тягой поездов отличительной особенностью системы энергоснабжения вагонов пассажирского поезда является отсутствие возможности протекания по рельсовой цепи требуемой величины обратного тока энергоснабжения, а также прерывание цепи протекания обратного тока СЭС по рельсовой линии на изолирующих стыках.

В тепловозе устанавливаются специальные обогреватели и системы климат-контроля. Пишут, что кондиционеры, получающие питание от трансформатора собственных нужд тепловоза, обеспечивают комфортные условия для локомотивной бригады в течение всей поездки в любое время года.

Применение однопроводной СЭС напряжения 3 кВ постоянного тока для участков железных дорог с тепловозной тягой поездов, оснащенных в ряде случаев рельсовыми цепями постоянного тока с изолирующими стыками, может привести к:

- нарушению электромагнитной совместимости с устройствами сигнализации, централизации и блокировки (в первую очередь рельсовых цепей постоянного тока) в части возможности срабатывания путевых реле и, следовательно, к созданию аварийной ситуации;

- несоблюдению условий электробезопасности пассажиров и обслуживающего персонала из-за прерывания цепи протекания обратного тока на изолирующем стыке и, как следствие, превышению допустимых значений напряжений между вагонами поезда.

Схема двухпроводного энергоснабжения пассажирских вагонов поезда с изолированной цепью протекания обратного тока для участков с тепловозной тягой поездов исключает протекание обратного тока по рельсам и через автосцепное устройство. На рис. 2 представлен вариант двухпроводной СЭС пассажирских вагонов с изолированной цепью обратного тока для участков с тепловозной тягой поездов.

Особенностями данного варианта СЭС являются: прокладка на пассажирских вагонах изолированной от корпуса вагона, колеса и рельса цепи протекания обратного тока

установка на вагонах переключателя К ручного или автоматического действия, позволяющего при эксплуатации вагонов на электрифицированных участках осуществлять соединение цепи энергоснабжения вагона через колесную пару с рельсом для протекания обратного тока 10 по рельсовой цепи;

- оснащение тепловоза устройством контроля состояния изоляции цепей энергоснабжения с выдачей информации о состоянии изоляции и принятии решения о выключении СЭС.

Необходимость устройств контроля изоляции связана с тем, что при понижении сопротивления изоляции цепей энергоснабжения и обрыве цепи обратного тока I. возможно протекание тока по рельсам и возникновение опасного напряжения на изолирующем стыке. При понижении изоляции плюсовой высоковольтной цепи энергоснабжения 1, возможно появление опасного напряжения между вагонами и рельсами (земляным полотном), особенно в зоне изолирующих стыков.

К основному преимуществу построения СЭС по двухпроводной схеме можно отнести отсутствие гальванической связи с рельсами при тепловозной тяге поездов, при которой требования к тепловозу по электромагнитной совместимости с устройствами рельсовых цепей не предъявляются.

Кроме того, данный вариант экономически более целесообразен, так как расходы на прокладку обратной высоковольтной магистрали в вагонах поезда и изменение электрической схемы тепловоза существенно ниже стоимости затрат, необходимых на модернизацию устройств СЦБ и замену перемычек рельсовых цепей на полигонах эксплуатации тепловозов ТЭП70БС.

Выпускаемый серийно Коломенским заводом пассажирский тепловоз ТЭП70БС оборудован дизель-генератором с обмотками энергоснабжения поезда мощностью до 600 кВт (номинальным напряжением 3 кВ и током нагрузки до 200 А). При этом напряжение энергоснабжения на пассажирские вагоны подается по однопроводной схеме с использованием рельсовой цепи в качестве обратного провода. Мощность СЭС одного тепловоза ТЭП70БС обеспечивает питание пассажирского состава, состоящего из 8 двухэтажные вагонов в зимний период и 12 двухэтажные вагонов в летний период. По предварительным оценкам, требуемое количество двухэтажных вагонов пассажирского поезда на направлении железных дорог Крыма в летний период составит 20 двухэтажных вагонов с требуемой мощностью энергоснабжения до 1200 кВт.

На основании вышеизложенного было принято техническое решение о разработке нового исполнения тепловоза ТЭП70БС с системой энергоснабжения пассажирского состава по однопроводной или двухпроводной схеме, обеспечивающей возможность работы тепловоза по системе двух единиц с параллельным нагружением обмоток энергоснабжения тяговых агрегатов. При этом суммарная мощность, отдаваемая в СЭС пассажирского состава при работе по системе двух единиц, составляет 1200 кВт.


Схема подключения тепловоза ТЭП70БС по двухпроводной СЭС приведена на рис. 3.

Рассмотрим алгоритм включения СЭС тепловоза ТЭП70БС по двухпроводной схеме. При установке тумблера Т632 «Цепи энергоснабжения» в положение «2-проводная» электрическая схема цепей энергоснабжения пассажирского состава переводится микропроцессорной системой управления (МСУ) в режим работы «2-проводная». Если при собранной схеме энергоснабжения тумблер Т632 переводится в положение «1-проводная», то данное переключение не производится, и работа СЭС тепловоза осуществляется по однопроводной схеме.

При работающем дизеле, включенных выключателях Вк2 «Управление общее», АВ8 «Питание исполнительных устройств» и ВкЭ «Отопление поезда» МСУ подает питание на катушку реле управления энергоснабжением вагонов РУЭВ. Включение реле контролируется МСУ по сигналу блокировочного контакта, поступающему на дискретный вход. С контакта РУЭВ через автоматический выключатель АВ47 «Цепи управления энергоснабжением поезда», межвагонные соединители ШРМ1 и ШРМ2 напряжение 110 В поступает на пассажирские вагоны поезда, в результате чего включается реле управления РУП, которое осуществляет перевод переключателей энергоснабжения QR1 в режим работы цепей энергоснабжения по «2-проводной» схеме. При этом контакты QR1 разрывают цепи минусовой магистрали 3 кВ с рельсовой цепью.

Через контакты реле РУП и вспомогательные контакты переключателей QR1 получают питание катушки реле РС1 и РС2 (кроме катушки РС1 или РС2 последнего вагона в зависимости от его положения в составе поезда), подготавливающие цепи включения контактора КМ1 и подающие напряжение 3 кВ на преобразователи пассажирских вагонов.

После перевода схем вагонов через контакты промежуточных реле РС1 и РС2 напряжение 110 В поступает на тепловоз на катушки реле РУЗО, РУ31, при срабатывании которых МСУ сигнализирует о готовности цепей энергоснабжения вагонов.

По команде МСУ после включения ВкЭ увеличиваются частота вращения вала дизеля и напряжение энергоснабжения. При достижении напряжения 2600 В на выходе выпрямителя энергоснабжения и включении реле РУЭВ, РУЗО, РУ31 включается контактор ВУ1-К1. Сигнал о включении контактора ВУ1-К1 поступает в МСУ. Напряжение энергоснабжения через межвагонные соединения поступает на вагоны пассажирского состава.

Если через 2 с после включения ВкЭ не приходит сигнал о включении РУЭВ, то на экране дисплейного модуля ДМ пульта управления машиниста появляется сообщение «РУЭВ не включилось», и сборка схемы энергоснабжения прекращается. Если РУЭВ отключается при включенном энергоснабжении, то на экране ДМ появляется сообщение «РУЭВ отключилось», при этом напряжение 3 кВ снимается.

В случае, если через 5 с после включения ВкЭ не приходит сигнал о включении РУЗО, РУ31, то на экране ДМ появляется сообщение «РУЗО (РУ31) не включилось» и сборка схемы энергоснабжения прекращается. Если РУЗО, РУ31 отключается при включенном энергоснабжении, то на экране ДМ появляется сообщение «РУЗО (РУ31) отключилось», при этом снимается напряжение 3 кВ.

При установленной рукоятке тумблера Т632 «Цепи энергоснабжения» в положение «1-проводная» реле РУЭВ не включается. При работающем дизеле, включенных выключателях Вк2 «Управление общее», АВ8 «Питание исполнительных устройств» и ВкЭ «Отопление поезда» по команде МСУ увеличиваются частота вращения вала дизеля и напряжение энергоснабжения. При напряжении 2600 В на выходе выпрямителя энергоснабжения одновременно включаются контакторы ВУ1 -К1 и ВУ1-К2. Напряжение энергоснабжения поступает на вагоны. Контакт контактора ВУ1-К2 соединяет «минус» выпрямителя с токосъемными устройствами.

Через 2 с после появления тока энергоснабжения более 20 А включается защита от обрыва обмотки генератора, которая диагностируется МСУ по разности напряжений более 120 В на последовательно соединенных трехфазных выпрямительных мостах выпрямителя энергоснабжения.

Для измерения сопротивления изоляции в «плюсовых» цепях энергоснабжения состава в выпрямителе энергоснабжения установлен преобразователь напряжения ПНЗ, который измеряет напряжение между «минусом» и корпусом выпрямителя, который через шунты заземления и узлы заземления на буксах тепловоза соединен с рельсами. Между «минусом» выпрямителя и зажимом преобразователя «Общ.» последовательно включены добавочные резисторы С2-ЗЗН-2 общим сопротивлением 4 МОм.

Сопротивление изоляции вычисляется МСУ по формуле:


Измерение сопротивления изоляции происходит при включенном энергоснабжении состава по двухпроводной схеме (при положении «Поездное» тумблера Т69 «Водяной реостат» — раз в секунду/).

При сопротивлении изоляции менее 500 кОм на экране ДМ появляется предупредительное сообщение «Изоляция плюсовой цепи энергоснабжения < 500 кОм». При сопротивлении изоляции менее 50 кОм на экран ДМ выводится аварийное сообщение «Изоляция плюсовой цепи энергоснабжения < 50 кОм», и энергоснабжение отключается. Повторная сборка схемы энергоснабжения после срабатывания защиты возможна только после отключения и включения автомата АВ1 «Питание БВГ».

При включенном энергоснабжении МСУ контролирует ток и напряжение энергоснабжения состава. При токе энергоснабжения более 220 А и напряжении энергоснабжения более 3950 В срабатывает защита с выводом соответствующего аварийного сообщения на экран ДМ и отключением энергоснабжения.


При работе тепловозов ТЭП70БС по системе двух единиц секции соединяются между собой межтепловозным кабелем. МСУ обоих тепловозов обмениваются данными по двум каналам связи:

- CAN-интерфейс обеспечивает передачу управляющих сигналов от ведущей секции в ведомую;

- по каналу Ethernet обеспечивается обмен диагностическими параметрами для отображения на основных и диагностических экранах дисплейного модуля информации о параметрах работы соседней секции.

Таким образом, машинист, находясь в рабочей кабине ведущей секции, получает полную информацию о работе как ведущей, так и ведомой секции. Тревожные сообщения передаются из ведомой секции в ведущую и формируют единую «очередь» сообщений, которая последовательно при квитировании выводится на экран ДМ. В конце каждого сообщения в скобках указывается номер тепловоза, на котором сформировалось данное сообщение. Главный экран ДМ в режимах «Стоянка» и «Движение» разделен пополам: слева отображаются основные параметры ведущей секции, справа — ведомой (рис. 4, 5). В диагностических кадрах машинист самостоятельно выбирает, параметры какой секции следует отображать в данный момент.

Рассмотрим особенности работы исполнения тепловозов ТЭП70БС с системой энергоснабжения пассажирского состава по однопроводной или двухпроводной схеме с возможностью работы тепловоза по системе двух единиц.

Работа тепловозов в режиме «Ведущий/ведомым» определяется положением тумблера ТбЗЗ «Тепловоз ведущий/ведомый» и положением контактов устройства блокировки тормозов УБТ. Если на обоих тепловозах тумблер ТбЗЗ находится в одинаковом положении, то на экране ДМ выводится сообщение «В ыбери ведущий тепловоз (ТбЗЗ)», при этом сборка схемы тяги запрещена, компрессор не включается.

Контакты УБТ должны быть замкнуты в ведущей кабине ведущего тепловоза. В случае, если окажутся замкнуты две блокировки УБТ (в кабинах ведущего и ведомого тепловозов), то на экране ДМ появится сообщение «Замкнута блокировка УБТ», при этом сборка схемы тяги запрещена.

Для управления реверсором и вентилями песочниц ведомого тепловоза в соответствии с выбранным направлением движения в МСУ ведущего и ведомого тепловозов передается информация о номере кабины второго тепловоза, ближайшей к первому тепловозу (определяется с помощью перемычек в межтепловозном соединении). Если комбинация данных сигналов составляет запрещенное состояние, то на экране ДМ выводится тревожное сообщение «Не определено положение 2-й секции», сборка схемы тяги запрещена. В случае, если в ведущей секции выбрана активной кабина, со стороны которой подключена ведомая секция, то на экране ДМ выводится сообщение «Управление из состыкованной кабины запрещено», сборка схемы тяги при этом запрещена.

Пуск дизеля ведомого тепловоза осуществляется нажатием на пульте управления ведущего тепловоза кнопочного выключателя Кн23 «Дизель ведомого тепловоза — Пуск», останов дизеля ведомого тепловоза — нажатием на ведущем тепловозе кнопочного выключателя Кн22 «Дизель ведомого тепловоза — Останов».

Разрешение на сборку схемы тяги ведомого тепловоза происходит при включенном выключателе ВкЗ «Управление тепловозом — Ведомый» на пульте управления ведущего тепловоза. Если выключатель ВкЗ будет отключен, то произойдет нагружение только ведущего тепловоза.

Если приходит сигнал аварийного останова дизеля или тепловоза, то происходит сброс нагрузки обеих секций и глушится дизель секции, с которой пришел сигнал. При сигнале «Включение пожаротушения» происходит сброс нагрузки на обеих секциях. При работе в двухсекционном режиме тумблеры ТЬ4, ТЬ5 «Управление жалюзи» на ведомом тепловозе должны находиться в положении «Автоматически», иначе на экране ДМ появляется сообщение «Включи автоматическое управление жалюзи», при этом сборка схемы тяги запрещена.

При работе по системе двух единиц компрессоры тепловозов управляются от МСУ по сигналу реле давления РДК ведущего тепловоза через промежуточное реле РУ24. Тумблеры Т634 «Управление компрессором» на обоих тепловозах должны находиться в положении «Управление компрессором с МСУ». Если тумблеры Т634 на ведущей (ведомой) секции находятся в другом положении, то на экран ДМ выводится сообщение «Включи управление компрессором от МСУ». Сборка схемы тяги запрещена.

При срабатывании РДК ведущего тепловоза от МСУ обоих тепловозов подаются сигналы на включение реле РУ18. Далее схемы тепловозов работают в основном релейном режиме, включаются контактор КТК1, затем — КТК2. МСУ включает клапан разгрузки компрессора через 4 с после пуска компрессора, отключая его при выключении контакторов КТК1, КТК2. При достижении давления воздуха на ведущем тепловозе величины 9 кгс/см2 размыкаются контакты реле давления РДК, отключается реле К24, МСУ снимает напряжение с катушек реле РУ18, отключаются контакторы КТК2, затем КТК1.

По дискретным выходам датчиков температуры масла, установленным на компрессорном роторном винтовом агрегате АКРВ тепловоза, производится его диагностика. При значении температуры ниже -20 °C в масловоздушном холодильнике компрессора на главном экране ДМ выводится значок «t°» на мнемознаке компрессора, происходит подогрев масла.


При перегреве выводится сообщение «Перегрев масловоздушной смеси компрессора». При этом работа компрессора блокируется автоматически (сигнал от РДК через РУ24 в МСУ не приходит), а на главном экране ДМ соответствующий мнемознак загорается красным цветом.

При температуре масла в картере компрессора -15 °C на ДМ должно появиться сообщение «Температура масла компрессора ниже -15 °C», при этом работа компрессора также блокируется автоматически и на главном экране ДМ мнемознак компрессора загорается красным цветом.

Управление вентилями песочниц от МСУ осуществляется в зависимости от положения тумблера Тб31 «Песок автоматически»:

- при ручном управлении подачей песка МСУ непрерывно подает управляющий сигнал на вентили песочниц при нажатой педали Кн9 «Песок»;

- в автоматическом режиме при нажатии педали Кн9 МСУ подает сигнал на вентили длительностью 2 с и паузой 2 с; кроме того, автоматическая подача управляющего сигнала такой же периодичности на указанные вентили осуществляется при боксовании при разности токов тяговых двигателей более 20 %.

Подача песка осуществляется на первые по ходу движения колесные пары тележек обоих тепловозов. При аварийном и экстренном останове тепловоза подача песка осуществляется непрерывно при скорости движения тепловоза более 10 км/ч.

Управление тепловозом в режимах тяги и электрического торможения осуществляется с ведущего тепловоза. Частота вращения дизелей и, соответственно, мощности тяговых генераторов обоих тепловозов поддерживаются на одинаковом уровне в соответствии с выбранной позицией.

Включение и выключение энергоснабжения состава осуществляются ключом энергоснабжения на ведущем тепловоза.

В 2018 г. тепловоз ТЭП70БС нового исполнения прошел сертификационные испытания. В настоящее время несколько таких локомотивов используются для вождения и обеспечения энергоснабжением электропоездов «Ласточка» при их движении на неэлектрифициро-ванных участках железных дорог.