關于鐵路信號理想電源技術的探討

夏智武

（江西新余鋼鐵集團有限公司運輸部 江西新余 338001）

前言

鐵路運輸是當前最為重要的交通運輸方式之一，近年來隨著鐵路系統(tǒng)的快速發(fā)展，運輸量大大增加，因而對于信號系統(tǒng)的要求進一步提高。鐵路信號技術設備需要具備更高的可用性、可靠性，才能滿足新時期發(fā)展中的運輸要求，有效保護運輸安全。鐵路信號電源屏，能否為技術設備提供可靠的信號、不間斷的電源，對于公司運輸部的運行，以及公司整體發(fā)展都十分重要。

1 鐵路信號電源的分類

1.1 Y型電源技術

在Y型電源技術中，兩種引入電源的方式：①主要的；②備用操作，交流接觸器自動切換，高頻電子480Hz電源的使用，高頻直流開關電源，工頻交流穩(wěn)壓電源等獨立模塊，單板計算機的應用滿足了智能數(shù)字監(jiān)控輔助功能的要求。電源切換后，向工頻交流穩(wěn)壓器疏松，整流后形成直流母線。采用高頻開關電源模塊，將電路從AC轉換為直流，提供開關、塊設備、直流繼電器等直流負載信號設備。在交流負荷中，參數(shù)穩(wěn)壓器、交流穩(wěn)壓器，由數(shù)字微電腦補償，在故障過程中，通過自動或手動的旁路直接供電，將電壓集中、穩(wěn)定，然后將電路進行轉換和隔離，以供交流負載信號裝置，如開關、軌道電路、信號燈等[1]。圖1是Y型電源技術的結構和工作原理。而此類電源技術模式存在一定的問題，在電源的過程中，應用了交流接觸器組，難以在規(guī)定的0.15s時間內(nèi)完成切換，同時，交流接觸器線圈不能完全丟失在電源高壓測量中。在交流部分，使用一套冷備用穩(wěn)壓器，或沒有備用設備，在故障后，需要手動切換。對備用設備的運行狀態(tài)進行有效監(jiān)測是困難的。

1.2 假H型電源技術

在偽H電源技術中，同時引入了兩個通道的電源，交流接觸器自動開關，一些模塊單元的功率變頻交流穩(wěn)定器由兩個電源提供，并使用額貼面機，實現(xiàn)智能數(shù)字型監(jiān)測。電源頻率交流穩(wěn)壓器是分散的，交流負載監(jiān)管和孤立，和權力提供信號設備，如交換機、軌道電路、信號燈、等高頻開關直流電源輸出直流負載，和供應電力開關、屏蔽設備，直流繼電器和其他設備。模塊單元通過1＋1，N＋+等備用方法，采用部分自動轉換、手動轉換等方式控制交流備用模塊。圖2為假H型電源技術結構和工作原理。在此類電源技術應用中，也存在著一定的缺陷，利用交流接觸器組實現(xiàn)電源輸入，需要2臺交流接觸器動作，可能會超過規(guī)定0.15s的切換時間按，工頻交流穩(wěn)壓器在斷電的情況下會停止運行。在電源高壓測量中出現(xiàn)相位中斷時，開關交流接觸器線圈不能完全失去電力，而部分功率頻率交流穩(wěn)壓器不能保持正常運行狀態(tài)。導致部分信號設備失電。其具有和Y型電源技術相同的輸出單元模塊，不過需要利用人工切換的操作，因此在實質上屬于假H型電源技術。

圖1 Y型電源技術結構及工作原理

圖2 假H型電源技術結構及工作原理

2 鐵路信號電源的問題

2.1 兩路電源同時停電

盡管在一些繁忙的干線中，對貫通電源增加建設，但仍可能會出現(xiàn)同時停電的事故，影響鐵路運行安全。例如，春季預防性試驗中，相鄰所電源停電，導致1個供電臂斷電，引起列車追尾事故。如果線路受到暴風雨的影響，發(fā)生自閉、貫通電力線路同時停電，需要對行車組織方式加以改變，在處理事故過程中，由于電力線路供電不穩(wěn)定，信號指示不準確，列車司機難以正確理解行車憑證內(nèi)容，存在盲目行車的情況，可能會造成行進中的列車與區(qū)間停留列車的追尾事故。在主要干線中，信號供電大都采用了雙回路的模式，但仍有一些鐵路線路，應用的還是單回路供電[2]。特別是在一些交通不便利的地區(qū)，電力線路如果發(fā)生故障，短時間內(nèi)難以徹底修復并恢復供電，因而會對鐵路運輸造成較大的干擾。

2.2 諧波含量大污染嚴重

隨著電力電子技術的發(fā)展，在當前工業(yè)部門、交通部門中，在用電設備上逐漸得到更為廣泛的應用，例如煉鋼中應用電弧爐，電氣化鐵路中應用大功率整流等。但這些電力電子技術的應用，增加了諧波的產(chǎn)生，對通信線路、電力用戶、電力設備等都造成了較大的影響。以往鐵路信號電源中，存在著大量的諧波，造成了較為嚴重的污染情況。對于信號設備來說，諧波污染造成的影響十分嚴重，例如發(fā)熱、過負荷、過電壓、介質應力增加等，對保護控制設備、電子設備正常運行及性能，產(chǎn)生破壞、危害、干擾，進而引起系統(tǒng)鐵磁諧振。鐵磁諧振包括了分次諧波諧振、高次諧波諧振、基波諧振等，一般會出現(xiàn)三相、兩相、單相對低電壓上升，或是低頻擺動下造成避雷器爆炸、絕緣閃絡等情況。出現(xiàn)高值零序電壓分量，發(fā)生不正確接地指示、虛幻接地現(xiàn)象等。電壓互感器中產(chǎn)生電流，燒毀互感器或熔斷熔斷器，還可能引起小容量異步電動機反轉。信號電源為了確保一致的相序，基于兩路電源轉換，增加相序繼電器。電源中的諧波對于相序繼電器的影響較為明顯，如果電源中出現(xiàn)了一定量的諧波，啟動相序繼電器，造成電源屏接觸器電源切斷，電源無法向電源屏輸送。

3 鐵路信號理想電源技術

3.1 鐵路信號電源需求

江西新余鋼鐵集團有限公司運輸部位于江西省新余市冶金路，供電電源有時存在不穩(wěn)定的情況，對運輸效率存在很大的影響。為了使信號設備能夠可靠運行，使信號電源零切換需求得以滿足，進行了相應的工程改造，與供應商聯(lián)合，經(jīng)調查和研究之后，針對信號電源的特殊需求，基于直流母線技術和智能監(jiān)控功能，利用單元、模塊化和標準化技術，研究開發(fā)了滿足信號電源零切換要求的信號電源屏[3]。在檢測和批準相應的技術標準后，連續(xù)應用對信號設備的供電產(chǎn)生了很大的影響。

3.2 鐵路信號電源結構和工作原理

圖3是江西新余鋼鐵集團有限公司運輸部鐵路信號電源技術結構和工作原理。在電源輸入斷口，采用了二路引入電源同時工作的電路結構，采用無接觸式開關電源，滿足零中斷的要求。高頻直流開關電源和交流開關電源是用來校正和穩(wěn)定電壓的。電源開關由電源開關單元模塊完成，并使用單板計算機。檢測比較電流、電壓差、相序、相位等，在電源要求無法滿足的情況下及時切換控制，滿足輸入電源零切換的要求。在信號電源輸出端口，采用了二路直流400V母線，作為電路結構，直流變換分回路，向轉轍機、自動閉塞、直流繼電器等設備電源。控制計算機和相同的時鐘總線控制，直流/交流轉換分回路，均流、并聯(lián)輸出，向480Hz繼電器軌道電路、道岔表示燈、軌道電路、電源信號照明及其他設備。交流模塊可用于控制逆變電路使用相同的時鐘總線和計算機控制，同時完成零、振動，提供交流電源輸出的清潔正弦交流電。而輸出直流電源，雙單元件模塊，均勻，冗余熱備份并行。直流電源和交流功率單元輸出模塊，在幾乎所有情況下都將采用并行流模式，可以滿足輸出模塊零切換的需要。

3.3 鐵路信號理想電源技術的建議

根據(jù)江西新余鋼鐵集團有效公司運輸部的鐵路信號電源需求、電源結構、工作原理等，在理想電源技術的應用和改造中，可基于DC總線技術，增加智能監(jiān)控功能，使用單元，模塊化，標準化流程，打造新的鐵路信號理想電源屏，對鐵路信號輸入電源、輸出電源、輸出單元模塊零切換等要求更好的滿足。在實際應用當中，由于生產(chǎn)成本相對較高，許多鐵路信號電源的供應商都沒有采用該技術，所以在現(xiàn)場應用中技術的數(shù)量很少。的方法來處理輸入電源的不穩(wěn)定等問題不僅會增加成本，而且增加維護現(xiàn)場UPS的工作負載，同時，故障的發(fā)生率在UPS電源的開關本身也將增加。對于電源輸出單元模塊切換的問題，難以有效解決[4]。對此，鐵路技術標準主管部門應修訂和完善鐵路信號理想電源屏的標準和技術條件，提高鐵路信號電源的質量。

圖3 江西新余鋼鐵集團有限公司運輸部鐵路信號電源技術結構和工作原理

4 結論

鐵路信號在鐵路運輸當中具有重要的意義，對于列車正點、安全到達，提高列車通過能力均有著直接的影響。隨著列車不斷提速，對于信號供電技術可靠性也提出了更高要求。以江西新余鋼鐵集團有限公司運輸部為例，基于信號電源的現(xiàn)狀和問題，提出了鐵路信號理想電源技術，以期能夠提升公司運輸線路和運輸安全。

[1]王雷.PLC在鐵路信號電源屏網(wǎng)絡設計中的應用[J].工程建設與設計，2016（2）：79～81.

[2]劉洋.鐵路通信信號電源視頻監(jiān)控技術和監(jiān)測技術研究[J].數(shù)字技術與應用，2016（3）：35.

[3]支理想，劉喆，張立東，等.高壓輸電線路在線監(jiān)測供電電源研究及應用[J].電源技術，2015，39（2）：413～415.

[4]王蘭和，候良鵬，劉健.普速鐵路信號供電可靠性的探討[J].Ups應用，2015（7）：48～56.