АНАЛИЗ РАБОТЫ И ЗАЩИТА УСТРОЙСТВ СЦБ ПРИ ГРОЗОВЫХ И КОММУТАЦИОННЫХ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЯХ
Значительное число отказов аппаратуры железнодорожной автоматики происходит от воздействия грозовых и коммутационных перенапряжений. При этом наиболее подвержены влиянию грозы приборы, содержащие полупроводниковые элементы. Это в первую очередь дешифраторные блоки БС-ДА, аварийные реле, лучевые реле АНВШ2-2400, трансмиттерные реле и др.
На дешифраторные блоки БС-ДА приходится около 26 % отказов от общего числа отказов в грозовой период (май — август месяцы). В блоках в основном отказывают выпрямительные диоды Д242А из-за воздействия перенапряжений, возникающих в результате, трансформации перенапряжений с высоковольтных проводов через силовой трансформатор ОМ в низковольтные цепи основного и резервного питания; трансформации перенапряжений из рельсовой цепи через путевой трансформатор ПОБС-3; перехода перенапряжений с воздушных линейных сигнальных цепей; электромагнитного воздействия на сигнальную линию (от светофора до релейного шкафа). Указанные перенапряжения воздействуют на диоды блока через сигнальный трансформатор СОБС-2А.
Анализ отказов блоков БС-ДА, проведенный институтом ВНИИЖА, позволил сделать вывод о воздействии на выпрямительные диоды перенапряжений со стороны цепи постоянного тока, возникающих в результате воздействия мощного электромагнитного поля, образующегося в момент грозового разряда вокруг монтажных проводов релейного шкафа в цепи разрядников и выравнивателей при их работе. Амплитуда наведенных в цепи постоянного тока перенапряжений может достигать (400 ± 800) В, что достаточно для разрушения диодов.
Согласно техническим указаниям для защиты от перенапряжений, возникающих в линейных цепях, низковольтных цепях питания, используют выравниватели. Однако, как показал анализ, 52 % отказов диодов произошли при отсутствии защиты выравнивателями в цепях основного и резервного питания, а также в цепи первой обмотки сигнального трансформатора. Такое положение объясняется не только недостаточной поставкой дорогам выравнивателей, но и несвоевременной установкой выравнивателей эксплуатационным штатом.
В грозовой период 1989 г. выявился и недостаток типовой защиты. Согласно данным дорог, 48 % отказов диодов дешифраторных блоков произошло при наличии выравнивателей ВОЦШ-200 и соответствии защиты сигнальных установок требованиям руководящих указаний.
Пробои диодов Д242А вызывают закорачивание и перегорание вторичной обмотки трансформатора СОБС-2А и, как следствие, погасшее состояние сигнала, что снижает безопасность движения поездов.
Усиление защиты блоков БС-ДА может быть достигнуто при разделении питания блока и ламп светофора. Возможны два варианта осуществления питания БС-ДА: от вновь устанавливаемого трансформатора СОБС-2А, от существующего трансформатора СОБС-2А с включением в цепь питания БС-ДА V обмотки.
На Московской дороге разработана и внедрена схема резервирования выпрямителя блока БС-ДА (рис. 30). В качестве реле Р используется реле типа АНШ, НМШ. Дополнительный мост В1 и выпрямительный мост В2 собираются из диодов типа Д246, Д246А, Д247, КД206А, КД203Д (по два диода в каждом плече). Возможно применение других диодов, имеющих обратное напряжение не менее 400 В и прямой ток 10 А. В схеме использованы трансформаторы 77 и Т2 типа СПБС-2А, предохранитель на 3 А.
В блоке БС-ДА должен быть выполнен перемонтаж. Провод с вывода диода VD8, идущий на 32 контакт реле-счетчика 1А, отпаивается и переносится на свободный вывод 4 блока. Внешний монтаж с вывода 52 блока переносится на вывод 4. Для отличия от типовых на корпусе модернизированных блоков проставляется краской буква "Ρ". Дополнительный монтаж на сигнальной установке показан на схеме штриховой линией.
Рис. 30. Схема резервирования выпрямителя блока БС-ДА
Повышение надежности работы блока БС-ДА может быть достигнуто при использовании вместо диодов Д242А, имеющих обратное напряжение 100 В, диодов Д246, Д246А с обратным напряжением 400 В, Д247 и КД203Д с обратным напряжением соответственно 500 и 700 В.
В схеме дешифраторного блока БС-ДА в качестве искрогасительного элемента используются варисторы CHI— СН15, включенные параллельно обмоткам реле-счетчиков 1 и 1А (на рис. 31 не показаны). Опыт эксплуатации показал, что применяемые варисторы на классификационное напряжение 15 В при срабатывании от перенапряжений закорачивают цепь постоянного тока, вызывая повреждения диодов Д242А в прямом направлении. Лабораторные испытания, проведенные ВНИИЖА, позволили сделать заключение о возможности теплового разрушения в прямом направлении р-п- перехода диодов от воздействия токов молний. В 1987-1988 гг. на ряде дорог проводились испытания дешифраторных блоков, в которых взамен варисторов CHI—СН15 были установлены варисторы на напряжение 50 В. Испытания показали положительные результаты. Вместе с этим ВНИИЖА предложено дополнить схему БС-ДА включением на выходе выпрямительного моста варистора на классификационное напряжение от 33 до 56 В-
Отказы аварийных реле типов АСШ2-220 и АПШ-220 составляют 15% общего количества повреждений устройств СЦБ во время грозы. Отказы аварийных реле типа ACU12-220 в предыдущие годы были связаны в основном с выходом из строя кремниевых диодов Д226Б или выпрямительных блоков типа КЦ402И. После проведения работ по модернизации реле в действующих устройствах по предложению Забайкальской дороги, а также после перехода Ленинградского завода электротехнического оборудования на выпуск модернизированных реле АСШ2-220М количество отказов реле из-за выхода из строя диодов резко сократилось. Опыт эксплуатации модернизированных реле позволяет сделать вывод, что защищенность диодов от перенапряжений повысилась.
Вместе с тем грозовые периоды прошлых лет выявили другой недостаток аварийных реле ACU12-220 - пробой межконтактной изоляции первого и третьего тройников на плате, который может быть решен увеличением межконтактного расстояния между основными и резервными источниками питания.
Такая схема направлена на все дороги. Однако, как показали результаты проверок дорог и анализ отказов устройств СЦБ от воздействия грозовых перенапряжений, данная работа дорогами проводится крайне неудовлетворительно.
Отказы реле типа AHB1U2-2400, используемых в устройствах ЭЦ в качестве лучевых аварийных реле, происходят из-за пробоя диодов типа КД205Д, имеющих обратное напряжение 100 В. В момент включения через собственный тыловой контакт эти диоды работают в предельном режиме по обратному напряжению. Для повышения надежности реле следует заменять диоды типа КД205А(Б), имеющие импульсное обратное напряжение 400 500 В. Для повышения защищенности данного типа реле от воздействия перенапряжений необходимо параллельно нагрузке луча включить выравниватель ВОЦШ-220.
Отказы трансмиттерных реле составляют 12,5 % общего количества отказов приборов от атмосферных перенапряжений. В трансмиттерных реле типа ТШ-2000, ТШ-2000В, используемых в схемах кодирования станционных путей, стрелочных секций, участков приближения и удаления от перенапряжений, выходят из строя диоды Д226Б, выпрямительные блоки КЦ402И. Расследования и анализ случаев отказов показывает, что основной причиной отказа является отсутствие дополнительной защиты выравнивателями ВОЦШ-110 схемы питания трансмиттерных реле.
Для повышения надежности работы трансмиттерных реле на сети дорог проводится работа по изменению схем кодирования согласно техническим указаниям института "Типротранссигналсвязь" (ГТСС), заключающаяся в разделении питания трансмиттерных реле и установке предохранителя 1 А в каждую цепь; замене реле TШ-2000B на ТШ-65В, что является наиболее эффективным, но и наиболее трудоемким мероприятием.
На Московской дороге на станциях, оборудованных рельсовыми цепями частотой 25 Гц, для питания трансмиттерных реле ТШ-2000, ТШ-2000В используются преобразователи частоты ПЧ-50/25; в цепь питания реле ТШ-2000В включаются резисторы МЛТ-0,25 сопротивлением 180-270 Ом.
Эффективным является применение в трансмиттерных реле ТШ-2000В кремниевых диодов МД-218 с обратным напряжением 1000 В или МД-218А с обратным напряжением 1200 В.
Защиту трансмиттерных реле следует рассматривать не в отдельности, а в совокупности с защитой устройств электрической централизации. Защита цепей питания реле типа ТШ-2000В будет эффективной при наличии дополнительной защиты выравнивателями ВОЦШ, включенными во вторичной цепи трехфазного силового трансформатора ТС между фазой и землей, а также параллельно вторичным обмоткам однофазных изолирующих трансформаторов.