普速鐵路車站調(diào)度集中系統(tǒng)電源切換研究

卡斯柯信號有限公司 杜 鑫 劉可昌

引言

既有調(diào)度集中車站子系統(tǒng)一般采用單路輸入電源供電，輸入電源通過一個電源切換箱實現(xiàn)A、B系UPS冗余供電，并在A、B系UPS均故障的情況下，能夠自動切換到旁路供電。該切換箱雖然在過去發(fā)揮了一定作用，但隨著近幾年調(diào)度集中系統(tǒng)的發(fā)展，該切換箱已經(jīng)在多個路局的個別車站出現(xiàn)故障，已逐漸無法滿足系統(tǒng)需要。

1.既有切換方案

圖1為電源箱原理圖。

圖1 既有電源切換原理圖

1.1 原理

既有調(diào)度集中車站分機電源切換通過三個交流接觸器分別控制UPS-A、UPS-B、電源屏直接供電。通過三個交流接觸器的互鎖邏輯保證只能有一個輸出，而通過兩個延時繼電器J1、J2實現(xiàn)UPSA、UPS-B任何一路正常時優(yōu)先選擇UPS-A或UPS-B供電而不轉(zhuǎn)為電源屏直接供電，電源切換過程約在100～120ms內(nèi)完成。

1.2 主要故障現(xiàn)象

1）電源屏模塊自保護，調(diào)度集中車站子系統(tǒng)斷電；

2）電源切換時導致部分負載設備斷電重啟，如工控機、路由器；

3）對于較大車站，電源切換不成功，調(diào)度集中車站子系統(tǒng)斷電。

1.3 分析

1）電源屏模塊自保護，經(jīng)過分析，有如下原因：

a）電源切換時產(chǎn)生了很大的沖擊電流，正常工作電流為7.5A，電源切換時沖擊電流峰值達到了70A，如圖2所示；

b）電源屏模塊容量偏小，并且沒有對瞬間沖擊電流進行保護性設置。

圖2 現(xiàn)有電源切換箱切換波形

2）部分設備斷電重啟

a）故障車站斷電重啟的設備主要是工控機、路由器、交換機等設備，經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)，這些設備多數(shù)已在現(xiàn)場運行了多年。由于設備電源在長期使用后電容性能下降，導致設備對電源切換中斷恢復的時間要求越來越苛刻。一般工控機電源斷電保持時間是40ms左右，但性能下降后，示波器捕捉到有個別工控機在25ms就出現(xiàn)斷電重啟的情況。

b）對于特別大的站，由于負載更大，電源切換過程中沖擊電流也更大，造成交流接觸器不能正常快速吸起、落下，整個電源切換過程的時間拉長，進而出現(xiàn)設備斷電重啟，甚至整個調(diào)度集中車站子系統(tǒng)負載斷電的情況。

3）電源切換不成功

對于規(guī)模較大的車站，由于設備更多，所以電源負載大，系統(tǒng)UPS已接近80%，轉(zhuǎn)換過程的瞬間沖擊電流的有可能造成UPS啟動自保護，引起交流接觸器無法正常吸起或落下，電源切換不成功，調(diào)度集中車站子系統(tǒng)斷電。

以上故障給車務行車指揮和電務維護都帶來了很大的影響。為此，必須研究一種新的電源供電方案解決上述問題。

圖3 改進型電源方案原理圖

2.新電源方案

當電源屏為調(diào)度集中車站子系統(tǒng)提供兩路獨立電源時，A、B系電源完全獨立。在A、B系中分別增加了一個電源電子切換裝置，在UPS正常的情況下，負載設備電源由UPS來提供；一旦UPS故障，電源電子切換裝置能夠自動切換到旁路供電。以下圖3為原理圖。

2.1 實現(xiàn)原理

電源屏提供兩路輸入電源模塊，調(diào)度集中系統(tǒng)將A、B系電源分開供電，保證任一系斷電另一系仍能正常供電。

電源屏模塊輸入經(jīng)UPS接入電源電子切換裝置輸入端口1；同時，將電源屏模塊輸入直接接入電源電子切換裝置輸入端口2，并設置UPS供電為默認狀態(tài)。

當電源屏模塊供電正常，UPS工作正常時，系統(tǒng)默認由UPS輸出正常供電。

當電源屏模塊供電正常，UPS故障時，系統(tǒng)自動轉(zhuǎn)換為電源屏模塊直接供電。

當電源屏模塊供電故障，UPS工作正常時，系統(tǒng)由UPS電池逆變輸出供電；電池放電完成前如果電源屏模塊供電恢復正常，則系統(tǒng)由UPS輸出正常供電；否則電池電量放完后該系調(diào)度集中車站子系統(tǒng)負載斷電。

當電源屏模塊供電故障，UPS故障時，該系調(diào)度集中車站子系統(tǒng)負載斷電。

2.2 實驗驗證

1）根據(jù)圖3改進型電源方案搭建測試環(huán)境，經(jīng)測試，切換波形如圖4所示；

2）從圖4可看出，電子電源切換裝置切換時間短，即使在7A正常工作情況下，切換時沖擊電流也只有28A，相比圖2大幅下降。

2.3 可行性分析

1）實現(xiàn)A、B系電源供電完全獨立，即電源屏提供兩個不同的電源模塊分別給A、B系供電，改進后正常工作的電流降低為3～4A，有效降低了單個電源模塊和單臺UPS的負荷；且A、B系獨立供電，保證一系停電，另一系能夠正常工作，滿足QCR 518-2016《調(diào)度集中系統(tǒng)技術條件》的要求。

2）引入電子雙路電源切換裝置，該裝置切換時間短，兩路切換時間典型值為8-12ms，最大值為18ms；

3）雙路電源切換裝置還能實現(xiàn)在零相位點切換，從而可以防止大的沖擊電流的產(chǎn)生。

4）旁路電路的設計，盡可能保證了UPS故障時系統(tǒng)仍持續(xù)供電，也便于用戶維修、更換UPS。

圖4 改進方案電源切換波形

3.結(jié)束語

本文對普速鐵路車站調(diào)度集中系統(tǒng)電源切換方案進行了研究，引入了電子的雙路電源切換裝置，該裝置既加快了電源切換時間，有效避免負載斷電重啟；也有效抑制電源切換過程中產(chǎn)生的瞬間沖擊電流，大大提高了系統(tǒng)的可靠性和可用性。該方案已經(jīng)在卡斯柯信號有限公司許多普速調(diào)度集中、列車調(diào)度指揮系統(tǒng)項目中試用，現(xiàn)場反饋效果良好，有很好的借鑒價值。