Admin

Особенности электровозов серии «ЕРМАК» с поосным регулированием силы тяги

В.Л. ЗАДОРОЖНЫЙ,
главный специалист по электровозам переменного тока отдела серийной продукции, ООО «Производственная компания "Новочеркасский электровозостроительный завод'

Со второго полугодия 2019 г. ООО «ПК "НЭВЗ"» полностью освоило поставку для ОАО «Российские железные дороги» электровозов с поосным регулированием силы тяги (ПоР). Локомотивы семейства «Ермак» с поосным регулированием силы тяги и торможения изготавливают в двух- (2ЭС5К), трех- (ЗЭС5К) и четырехсекционном (4ЭС5К) сцепах. Локомотивы предназначены для эксплуатации на дорогах, электрифицированных на однофазном переменном токе промышленной частоты с номинальным напряжением 25 кВ.

В отличие от электровозов 2(3)ЭС5К с потележечным регулированием на локомотивах с ПоР установлены:

- выпрямительно-инверторные преобразователи ВИП-4000-2М-У2 или устройства ВИУ-4000-2М-У2 — ВИП (ВИУ) с двумя каналами для питания одного тягового двигателя (ТД) каждый;

- сглаживающие реакторы РС-19-01 с классом изоляции «Н»;

- микропроцессорная система управления и диагностики МСУД-015 с расширенными функциями, системой бортовой диагностики состояния оборудования и дистанционной передачей данных;

-блоки температурного контроля (БТК-003), осуществляющие сбор, обработку и передачу данных в МСУД-015 о температуре масла тягового трансформатора, окружающего воздуха (датчик установлен в форкамере) и воздуха на выходе ВИП (ВИУ).

Конструктивное исполнение в штатных режимах обеспечивает работу электровозов с ПоР:

♦ в режиме тяги «последовательное возбуждение» («ПВ») и «независимое возбуждение» («НВ») главных полюсов тяговых электродвигателей;

♦ в режиме «рекуперативное торможение» независимое возбуждение главных полюсов тяговых двигателей.

Основные преимущества нового локомотива:

S оптимальное распределение тяговых нагрузок между тяговыми осями дает возможность достичь максимального коэффициента тяги электровоза;

S наличие эффективной системы про-тивобоксовочной защиты позволяет реализовать максимальный коэффициент сцепления каждой тяговой оси и, соответственно, уменьшить износ бандажей колесных пар;

0 практически 100-процентное управление низковольтными цепями позволяет выполнять расширенную диагностику оборудования.

Электрическая схема электровоза предусматривает возможность работы по системе многих единиц (СМЕ) от одной до четырех секций. Локомотив способен ввести поезда массой 8000 т на участках с равнинным профилем и уклонами до 5 °/00и поезда массой 7100 т на участках с горным профилем до 10 °/00

Сейчас электровозы с ПоР работают на следующих участках, имеющих горный профиль с уклонами от 20 до 30 °/00:

♦ 4ЭС5К № 001 — 013 — на участке Смоляниново — Находка Дальневосточной дороги;
♦ 4ЭС5К № 014 — 018 — на участке Карталы — Магнитогорск — Инзер Южно-Уральской дороги;

* ЗЭС5К № 896 — 902, 905 — 927 — на Восточном участке (Мариинск— Карымская) Транссибирской магистрали.

В конструкции локомотивов данной модификации применено следующее оригинальное оборудование.

Выпрямительно-инверторный преобразователь ВИП-4000-2М. Предназначен для поосного регулирования силы тяги на электровозах серии «Ермак» посредством преобразования однофазного переменного тока частоты 50 Гц в постоянный (пульсирующий) ток. Обеспечивает с помощью двух независимых каналов плавное индивидуальное регулирование выпрямленного напряжения питания двух тяговых двигателей в режиме тяги и для преобразования постоянного тока в однофазный переменный частотой 50 Гц в режиме рекуперативного торможения.


Напомним структуру условного обозначения выпрямительно-инверторного преобразователя — ВИП-4000-2М-УХЛ2:

4000 — номинальная выходная активная мощность, кВт;

2М — число каналов, модернизированный;

УХЛ — климатическое исполнение;

2 — категория размещения.

Каждый канал ВИП-4000-2М получает сигналы управления от отдельного канала МСУД-015.Технические параметры ВИП приведены в табл. 1.

Преобразователь ВИП-4000-2М состоит из следующих частей (рис. 1):

- БС — силового блока, который конструктивно представляет собой двухканальный выпрямитель, каждый канал которого обеспечивает индивидуальное (поосное) регулирование силы тяги одного ТД (рис. 2);

- БП — блока питания, предназначенного для питания цепей управления БС (двух каналов);

- БД — блока диагностики, служащего для контроля состояния силовых тиристоров плеч БС, транзисторов БП, системы формирования импульсов (СФИ), а также передачи данных о состоянии преобразователя в МСУД электровоза посредством CAN-интерфейса.

Микропроцессорная система управления и диагностики МСУД-015. Предназначена для управления тяговым и вспомогательным приводами, аппаратами цепей управления и защиты электровоза. МСУД-015 реализует расширенные функции диагностирования оборудования электровозов и поосное регулирование ТД, в том числе в режиме тяги с независимым возбуждением двигателей.

Состав аппаратных средств МСУД-015

В состав МСУД-015 головной секции входят:

- блоки управления БУ-006 и БУ-006-01 (рис. 3), предназначенные для выполнения арифметических, логических операций, обработки сигналов датчиков, формирования и усиления управляющих сигналов и контроля обмена информацией между составными частями МСУД-015;

- блок индикации (БИ), необходимый для вывода машинисту графической и звуковой информации о заданных и истинных величинах, контролируемых параметрах, состоянии оборудования и системы управления, режиме работы оборудования и других параметрах, а также ввода команд с многофункциональной клавиатуры;

- блок сигнализации БС-008 (рис. 4), применяемый для визуального отображения (при помощи светодиодных индикаторов) обобщенной информации о состоянии оборудования электровоза.

В состав МСУД-015-01 бустерной секции входят блоки управления БУ-006 и БУ-006-01.

Основные технические характеристики МСУД-015 приведены в табл. 2, структурная схема подключения оборудования головной секции к МСУД-015 — на рис. 5.

Блок теплового контроля БТК-ООЗ. Предназначен для ввода и обработки сигналов датчиков, контролирующих температуру основного оборудования локомотивов, в частности, тягового трансформатора и ВИП, последующей передачи результатов в МСУД-015.

БТК-ООЗ выполняет следующие функции:

В принимает информацию от первичных термопреобразователей сопротивления типов ТСП/1 -1288-3 100П (ТУ4211-130-1215068) или НММТ 410.349 Р0002, выполненных на базе термопреобразователей сопротивления Ptl 00;

- преобразует физическую величину сопротивления термопреобразователей в цифровой код;

- определяет запрашиваемый адрес и формирует по кодовой посылке цифровой эквивалент сопротивления термопреобразователей;

- передает (по запросу) код сопротивления через последовательный мультиплексный канал типа CAN в блок управления МСУД-015.

Основные характеристики БТК-ООЗ указаны в табл. 3, кадр дисплея МСУД-015 на пульте машиниста с информацией о состоянии оборудования показан на рис. 6.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВИЗУАЛЬНОЙ И ДИАГНОСТИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ МСУД-015, ОТОБРАЖАЕМОЙ НА БЛОКЕ ИНДИКАЦИИ

Программное обеспечение блока индикации (БИ) предназначено для отображения в реальном времени графической и звуковой информации о заданных и истинных величинах контролируемых параметров, состоянии оборудования и системы управления, режимах работы оборудования и других параметрах, а также ввода команд с многофункциональной клавиатуры.

Микропроцессорная система реализует аварийно-предупредительный контроль и выводит на экран параметры, характеризующие состояние основного оборудования, в виде диагностических кадров или в виде всплывающего окна на фоне «Основного кадра», на котором сформирована текстовая информация о возникшей ситуации и рекомендации по ее устранению.

При отображении транспарантов на диагностических кадрах БИ используются три основных фоновых цвета:

сообщение на красном фоне или выведенное красным шрифтом информирует об отказе или сбое в работе оборудования (выполнения заданного режима работы), название которого присутствует в отображаемом тексте;
[сообщение на черном фоне|
на нормальную работу оборудования или режима, название которого присутствует в отображаемом тексте;

сообщение на сером фоне оповещает о неактивном (отключенном) состоянии оборудования или режиме, название которого присутствует в отображаемом тексте.

Для вывода на экран диагностической информации о состоянии оборудования электровоза предусмотрены кадры, которые появляются на БИ после нажатия соответствующих клавиш в «Основном экране».

Кадр «Температура перегрева тяговых двигателей и реакторов»

Этот кадр позволяет машинисту оценить перегрев ТД, особенно при протекании токов ТД более 810 А (превышение величины тока продолжительного режима), например, при движении по затяжным подъемам или ведении тяжеловесных составов.

В кадре отображаются:

♦ дата и время начала расчета;

♦ продолжительность расчета;

♦ начальное значение перегрева;

♦ максимальное значение перегрева;

♦ зарегистрированное в процессе расчета максимальное значение перегрева;

♦ текущее значение перегрева в каждом ТД (якорная обмотка Я, обмотки главных полюсов Гл, обмотки дополнительных полюсов ДП) и сглаживающего реактора Р;

♦ зарегистрированное в процессе расчета максимальное значение перегрева в каждом ТД с указанием типа обмотки (якорная обмотка, дополнительные полюса и компенсационная, главные полюса).


На экране появляется схема силовых цепей одной из секций электровоза, по которой можно оценить состояние коммутирующих аппаратов, последовательность их включения при сборе цепей заданного режима.

В кадре выводится следующая информация:

- направление движения — «Вперед» или «Назад»;

- индикатор значения напряжения контактной сети UKC;

- индикатор состояния главного выключателя QF1;

- индикаторы состояния токовых реле KAI — КАЗ, КА4 — КАб, КА7, КА8

- индикаторы состояния разъединителей ВИУ(ВИП) QS3, QS4;

- индикаторы состояния разъединителя питания QS15 ВУВ и контактора подклю-чения.обмотки возбуждения К1;

- индикаторы состояния ВИП (ВИУ) U1 и U2;

- индикаторы состояния контакторов, переключателей и разъединителей блоков силовых аппаратов А11, А12;

- индикаторы значений токов и напряжений ТД;

- индикатор номера секции.

Кадр «Схема цепи вспомогательных машин» (рис. 8)

На экране отображается схема цепи вспомогательных машин и основного оборудования одной из секций электровоза, по которой можно оценить работу этого оборудования и состояние коммутирующих аппаратов и следующая информация:

- индикатор номера секции;

- индикатор значения напряжения контактной сети (UKC);

- индикатор состояния главного выключателя QF1;

- индикатор состояния масла тягового трансформатора Т5;

- индикаторы состояния токового реле КА9;

- индикаторы состояния выключателей S80 — S84 виртуального пульта отключения вспомогательных машин;

- индикатор состояния контактора КМ36 подключения кондиционера А50;

- индикатор состояния разъединителя Q6 подключения цепей ВМ к ОСН;

- индикаторы состояния контакторов подключения двигателей вспомогательных машин (КМ1, КМ11 — КМ15);

- индикаторы состояния контакторов КМ2 и КМЗ подключения пусковых емкостей;

- индикаторы состояния масла мотор-компрессора и вентиля разгрузки Y5;

- индикаторы значений токов и напряжений в цепях вспомогательных машин;

- индикатор состояния шкафа питания А25;

- индикатор состояния реле контроля «земли» KV4 в цепях вспомогательных машин;

- индикаторы состояния контакторов КМ24, КМ25 подключения калориферов ЕЗ и Е4;

- индикатор состояния контактора КМ45 подключения обогрева стекол А39;

- индикатор состояния контактора КМ45 подключения обогрева стекол А39; отображается только для головных (не бустерных) секций;

- индикатор состояния разъединителя QS28 подключения цепей вспомогательных машин к соседней секции;

- индикаторы выключателей и тумблеров управления вспомогательными машинами.


В кадре появляются сведения о состоянии контролируемого пневмооборудования, получаемые от датчиков и сигнализаторов давления через CAN-интерфейс (система КЛУБ-У). В таблице выводится информация о секциях «по ходу движения». Для бустерных секций (электровозы ЗЭС5К и 4ЭС5К) не выводится информация в ячейки столбцов «SP6, S9», «ПМ», «5Р16» и «ТМ», поскольку в этих секциях отсутствует указанное оборудование.

Кадр «Блок сигнализации» (рис. 10)

В кадре присутствуют индикаторы, отражающие информацию о состоянии основного оборудования каждой секции электровоза. Индикаторы кадра соответствуют индикаторам блока сигнализации БС-008, но на кадре информация «привязана» к конкретной секции. Последовательность секций начинается с ведущей, обозначенной на кадре как «Секция 1».

Кадр «Дополнительные функции»

(рис. 11)

После нажатия клавиши F переходят к дополнительным сервисным кадрам, содержащим следующую информацию:

* параметры конфигурации электровоза — номер и серия локомотива, число секций, номер кабины (выполняют при приемке электровоза машинистом);

* параметры работы функции ограничения напряжения на ТД (1000 + 20) В, когда управляют тягой в режиме «Авторегулирование». Имеются два состояния:

• «Установлено» — МСУД реализует функцию ограничения напряжения на ТД (1000 + 20) В;

• «Снято» — функция ограничения напряжения на ТД отключена.

Отображается после нажатия одноименной клавиши в разделе «Дополнительные функции». В кадре имеется возможность формировать команды для задания режимов работы оборудования электровоза, для чего необходимо нажать нужную клавишу на лицевой панели БИ.

Кадр «Виртуальный пульт» (рис. 13)

Отображается после нажатия одноименной клавиши в разделе «Дополнительные функции». Только из кабины ведущей секции можно управлять через данный кадр вспомогательными машинами, запрещать (разрешать) работу гребнесмазы-вателя.

АЛГОРИТМИЧЕСКИЕ ЗАЩИТЫ ОБОРУДОВАНИЯ С ПОМОЩЬЮ МСУД-015

Кроме штатных защит, в электрических схемах электровозов 2(3, 4)ЭС5К с ПоР программными средствами МСУД-015 реализованы дополнительные алгоритмические защиты оборудования.

Блокирование включения главного выключателя QF1 после его трехкратного срабатывания с записью данного события в регистратор и вывод сообщения «Запрет включения ГВ системой МСУД: 3-кратное срабатывание защиты».

После отключения неисправного оборудования, в соответствии с рекомендательными сообщениями, действие защиты может сниматься подачей соответствующей команды машинистом с помощью сервисного меню на блоке индикации А78 ведущей секции. При этом факты формирования и передачи команды фиксируются в подсистеме регистрации.

Защита от недопустимого напряжения контактной сети

Если в течение 1 с и более зафиксировано превышение максимального значения напряжения в контактной сети (29 кВ), то на экран БИ выводится предупреждающее сообщение — «Критическое превышение напряжения контактной сети».

Если в течение 1 с и более зафиксировано напряжение в контактной сети ниже минимального значения (19 кВ), то на экране блока индикации выводится предупреждающее сообщение «Критическое снижение напряжения контактной сети».

Контроль включения (отключения) вспомогательных машин

■ Если при проезде нейтральной вставки включен любой из контакторов вспомогательных машин, то МСУД-015 автоматически отключает все работающие вспомогательные машины и блокирует их работу до момента, пока в блоке выключателей S20 ведущей секции электровоза не будет отключен соответствующий выключатель — «Компрессор», «Вентиляторы 1» и «Вентиляторы 2». При этом формируется предупреждающее сообщение — «Предупреждение: запрещено проследование нейтральной вставки без предварительного отключения вспом. машин! Работающие вспом. машины отключены автоматически!».

■ При движении электровоза на выбеге без включенных вентиляторов формируется предупреждающее сообщение — «Предупреждение: недопустимо движение электровоза с отключенными вентиляторами тяговых двигателей!».

■ МСУД отслеживает число срабатываний тепловых реле для каждой вспомогательной машины каждой секции. При трехкратном срабатывании конкретного теплового реле работа соответствующей вспомогательной машины блокируется путем автоматического отключения соответствующего выключателя в виртуальном пульте блока индикации А78 и сопровождается выводом информационного сообщения — «Многократное срабатывание ТРТ: отключен [наименование вспомогательной машины]».

Контроль включения тумблера автоподачи песка S30 «Песок автоматически»
Если скорость движения поезда при установленном режиме «Автоматическое управление» превысит 25 км/ч, а тумблер автоподачи песка S30 «Песок автоматически» не будет включен, то МСУД-015 автоматически ограничит ток якоря каждого ТД (не более 500 А). Ранее заданные с контроллера машиниста значения тока, превосходившие 500 А, игнорируются. На БИ выводится сообщение — «Предупреждение: при отключенном тумблере S30 ток ограничен (доп. не более 500 А)». Система МСУД-015 сохраняет установленное ограничение до включения тумблера S30 «Песок автоматически» или установки контроллера машиниста SM1 в положение «0».


В аналогичной ситуации при рекуперативном торможении на БИ выводится предупредительное сообщение (с записью в регистратор) о необходимости включить указанный тумблер — «Предупреждение: эксплуатация электровоза с отключенным тумблером S30 "Песок автоматически" недопустима!».

Ограниченное применение ручного регулирования.

При выборе ручного регулирования (установке тумблера S3 в положение «Ручное») МСУД-015 при скорости движения более 2 км/ч ограничивает работу электровоза только первой и второй зонами регулирования ВИП (ВИУ) одновременно на всех секциях.

Защита от перегрева тягового оборудования.

Защита тягового трансформатора — при срабатывании датчика SK10 система МСУД-015 отключает (или блокирует включение) главного выключателя QF1.

Защита ВИП ( В И У)—при фиксации в течение 5 с и более предаварийного состояния в режиме «Авторегулирование» в тяге или рекуперации автоматически ограничивается ток всех ТД электровоза на уров

не 810 А (продолжительный режим). На БИ выводится (с записью в регистратор) сообщение о перегреве соответствующего ВИУ.

При фиксации в течение 5 с и более температуры ВИП (ВИУ) выше допустимого значения система МСУД-015 автоматически отключает соответствующий контактор питания (КМ41 или КМ42), и на экран БИ выводится соответствующее сообщение.

Защита ТД, сглаживающих реакторов (PC). Алгоритмом работы защит предусмотрены два порога срабатывания — предупредительный (с выводом предупредительного сообщения) и защитный (с автоматическим ограничением тока якоря ТД).

Если достигнут пороговый расчетный перегрев ТД или PC, то на экран БИ выдается предупреждение — «Перегрев оборудования: перегрев ТД [№]» или «Перегрев оборудования: перегрев реактора [№]».

Если достигнут п редел ь н ы й перегрев, то вводится ограничение по току якоря: для ТД — не более 810 А, для PC с классом изоляции «F» — не более 810 А (электровозы ЗЭС5К № 434, 4ЭС5К № 001 — 003), для PC с классом изоляции «Н» — не более 900 А. Ограничения по току автоматически снимаются при снижении температуры перегрева до порогового значения.

Ограничение эксплуатации с отключенными БИ

В режиме тяги введены следующие предельные параметры:

• в режиме «Авторегулирование» — ограничение тока всех ТД электровоза (не более 810 А);

• в режиме «Ручное управление» — выполняются ограничения как при перегреве тягового оборудования.

Применение рекуперации блокируется за исключением случая, когда связь с БИ пропадает в режиме электрического торможения. Данный режим должен сохраняться до перевода контроллера машиниста SM1 в положение «0».

Если БИ ведущей кабины отключается при работе локомотива в недопустимых режимах (ручной режим в тяге и рекуперация), текущий режим работы сохранится до момента постановки контроллера машиниста в положение «0». В этом случае ограничение по току 810 А будет введено через 2 — 3 с, кактолько отключатся БИ. Далее продолжится движение с отключенными БИ и перечисленными ограничениями.


Контроль применения пневматического тормоза для предотвращения боксования

Если в тяговом режиме при движении со скоростью более 2 км/ч МСУД зафиксирует в течение 15 с и более наличие давления в тормозных цилиндрах электровоза, то на БИ будет выведено диагностическое сообщение — «Предупреждение: применение пневматического тормоза в режиме тяги!» и включится звуковой сигнал.

__________________
Телеграм-канал ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНИК