鐵路通信網(wǎng)中通信電源故障的分析與維護

練國元（中國鐵路通信信號上海工程局集團有限公司廣州分公司，廣東 廣州 510663）

0 引 言

對于鐵路通信來說，安全穩(wěn)定地發(fā)揮其應有的作用，是確保整個鐵路系統(tǒng)有效運營的關鍵。在鐵路通信系統(tǒng)中，電源類故障一直是比較常見和需要認真解決的重點問題。實際工作中已經(jīng)形成了一套切實可行的分析和維護方法，而這些故障分析和設備維護的具體方法需要持續(xù)更新，以滿足技術發(fā)展的需要。本文從現(xiàn)場實際角度出發(fā)，對鐵路通信電源常見故障及其維護進行研究分析。

1 鐵路通信網(wǎng)電源故障概述

眾所周知，鐵路通信是確保鐵路系統(tǒng)正常穩(wěn)定運輸?shù)幕颈Ｕ象w系的重要組成，是實現(xiàn)鐵路體系信息化建設的前提條件，也是鐵路運營實現(xiàn)集中調度指揮的基礎手段。作為鐵路通信系統(tǒng)最根本的保障設備，通信電源在整個通信系統(tǒng)的正常運營中發(fā)揮著關鍵作用。不但要提供整個系統(tǒng)運營所需的能源保障，還是所有控制信息和信號得以形成的源頭。無論是交流電還是直流電，在電壓、電流以及頻率等方面的穩(wěn)定性直接影響設備的使用效率[1]。當前，我國正在大力發(fā)展高鐵、客專等快速鐵路網(wǎng)絡建設，通信系統(tǒng)的穩(wěn)定性至關重要，而通信電源系統(tǒng)發(fā)揮的作用更是得到了充分肯定。目前，鐵路通信系統(tǒng)對其電源的要求向多個趨勢發(fā)展，其具體表現(xiàn)在高效穩(wěn)定、模塊智能、自動多組以及集中監(jiān)控等一系列具體要求上。同時，故障檢測分析與維護方式與以往相比也有了較大變化，正在嘗試借助更多智能化工具和手段，對故障排除的效率提出了更高標準?；诖耍F(xiàn)代化的鐵路通信電源故障分析和維護有了更多更高的要求。

2 鐵路通信電源故障的分析與維護

鐵路通信系統(tǒng)中，電源系統(tǒng)的組成主要包括直流供電系統(tǒng)、交流供電系統(tǒng)、監(jiān)控單元以及整流模塊等。在具體實踐中，現(xiàn)場對通信電源故障分析的主要手段主要是定位故障點，然后編制具體的維修方案，形成一套切實的故障分析與維護方案。

3 鐵路通信電源故障的處理及解決方法

當鐵路通信電源發(fā)生故障時，先要利用網(wǎng)絡監(jiān)控（如動環(huán)）和故障現(xiàn)象進行故障性質、內容和影響的分析，其排故順序先是外部供電系統(tǒng)，然后到列車通信電源的分析判斷。故障排除通常使用排除法逐個篩查潛在的故障點，再依次排除通信系統(tǒng)中的線路連接問題或單板故障等情況。

3.1 告警及性能分析法

告警信息是進行故障檢測的最直接手段。通過檢查現(xiàn)場電源設備各種運行燈和告警信息等，利用網(wǎng)絡監(jiān)控管理系統(tǒng)查詢供電系統(tǒng)所有告警以及性能的當前及歷史數(shù)據(jù)，從而得到設備所有的故障內容，包括告警信息、告警類型、告警時間、告警歷史記錄以及系統(tǒng)性能數(shù)值等。通過這些方法可以對故障情況進行初步了解和定位。

3.2 故障觀察法

故障觀察法是對電源故障進行準確定位的一種最常用的有效方法。該方法通過對故障現(xiàn)象的觀察，確定具體的故障部位，不對各種告警信息和數(shù)據(jù)分析形成過度的依賴。一些故障告警監(jiān)測軟件因為設計的合理性問題，導致其對一些電源故障難以進行有效判斷，其信息存在一定的不準確性。此時，根據(jù)經(jīng)驗對故障情況進行觀察成為必不可少的檢測手段。該檢測方法要做到快速準確，需要檢修人員積累豐富的經(jīng)驗，能夠準確獲取關鍵信息，進而做出應有的排故決策。如果缺乏相關經(jīng)驗或者遇到一些較為復雜的故障問題，僅憑觀察難以斷定具體的故障問題，需要配合其他排故方法進行相應處理。

3.3 儀表檢測法

對于電源而言，輸出形式是運行穩(wěn)定性的直接標準。如果輸出的電壓、電流以及功率等不能滿足設定要求，可以對其故障進行判斷。為此，需要一些檢測的儀表設備，包括萬用表、示波器等檢測工具。

3.4 功能模塊替換法

為提高檢修的快速性，確保故障在最短時間恢復，通常直接替換功能模塊。具體來說，將故障模塊直接換成一個備用的正常模塊，使得供電功能馬上恢復，然后再對故障模塊進行修理。隨著模塊化程度的日益強化，這種采用功能模塊進行替換的方式已經(jīng)得到較大范圍的使用。

4 鐵路通信電源常見故障及其處理

按照鐵路通信電源系統(tǒng)的構成，常見的故障問題主要發(fā)生在交流配電單元、直流配電單元等部位[2]。根據(jù)經(jīng)驗，故障處理的具體措施因不同的故障單元而不同。

4.1 交流配電單元故障及其處理

4.1.1 防雷器單元故障及處理

防雷設計對于鐵路通信網(wǎng)建設有著極為重要的功能。作為其正常運行的基礎，它遭到雷擊后可以有效保護其他設備不受影響。防雷器主要包括4個單元，其中3個單元可以顯示運行狀態(tài)。當防雷單元屏幕顏色顯示綠色時，說明其處于完好的狀態(tài)；如果防雷單元屏幕顯示紅色，則說明該防雷單元已經(jīng)遭雷擊損壞，必須盡快更換模塊。

4.1.2 交流輸入缺相故障及處理

如果監(jiān)控單元發(fā)出交流輸入產(chǎn)生缺相告警，需要對其進行確認。若告警確實由缺相引起，則不需要特別處理，系統(tǒng)會自動進行處理；如果交流并未發(fā)生缺相，則問題來自檢測系統(tǒng)，則可能發(fā)生的故障部位是交流變送器。具體的處理可以使用萬用表對變送器輸出端子進行測量，確定其是否存在3 V電壓。如果其中一個端子沒有該電壓，則交流變送器已經(jīng)發(fā)生損壞，需及時更換。

4.1.3 交流停電故障及處理

如果通信電源的整流模塊發(fā)生斷電停機問題，監(jiān)控單元正在使用蓄電池進行供電，此時要特別關注蓄電池所釋放的電流大小和波形，同時啟動備用供電設備，一般采用發(fā)電機作為備用手段。停機復電后，要對蓄電池進行充電，注意其充電的電流狀態(tài)，確保其在安全可控的范圍。

4.2 直流配電單元故障處理

4.2.1 監(jiān)控單元故障告警

對于直流配電單元故障，一般是基于監(jiān)控單元的告警信息判斷故障情況。通常，告警信息表現(xiàn)在兩個方面：一是正常的告警情況，直流斷路器斷開就會發(fā)生告警，基本不需要進行處理；二是斷路器并未斷開但監(jiān)控單元仍然發(fā)出告警，原因是檢測線發(fā)生斷開，可以針對檢測線進行連通性能檢查，以排除相應的故障問題。

4.2.2 直流斷路器故障

鐵路通信電源采用蓄電池進行下電保護，需要用到直流斷路器，其觸點處于常閉狀態(tài)。如果該斷路器接收到斷開信號卻無法有效斷開，可以判斷斷路器已發(fā)生故障，需要及時進行更換，以確保供電安全。

4.2.3 整流器故障

整流器發(fā)生故障會造成供電電流不穩(wěn)，可以利用萬用表對輸入的交流電壓進行檢測，觀察其能否滿足正常標準。如檢測到交流電壓出現(xiàn)不正常情況，原因通常有兩個[2]：一是整流器工作在保護狀態(tài)，只需歸位啟動即可；二是整流器發(fā)生故障，需要及時進行更換。

4.2.4 輸出電壓告警

當直流輸出高壓告警，則說明輸出的電壓高于警戒值，該告警情況會在輸出電壓恢復標準值后停止。直流低壓告警表明該電源的輸出電壓輸出過低并低于警戒值，該告警信息在輸出直流電壓正常后會自動停止。如果電壓正常告警信息仍然不停，說明監(jiān)控軟件發(fā)生故障，可以通過檢查CSU內的高壓告警、低壓告警以及HVSD內的各相關參數(shù)的設置來確定SMR的準確情況。如果錯誤，只需對參數(shù)進行更改并儲存即可恢復正常。

4.3 通信電源監(jiān)控單元故障處理

在整個鐵路通信網(wǎng)電源中，監(jiān)控單元是非常重要的組成部分，其內置的智能化功能使得整個系統(tǒng)的故障監(jiān)控實現(xiàn)了信息化和自動化處理功能。目前，比較廣泛采用的型號為CUC-09HM。該監(jiān)控系統(tǒng)主要監(jiān)測整流模塊及電池組等的輸入輸出情況、電池放電、溫度、浮充電壓、溫度補償，并基于監(jiān)測結果進行告警和顯示。

4.3.1 溫度異常告警故障處理

蓄電池對溫度有較為嚴格的要求。如果溫度過高則會產(chǎn)生爆炸風險，需要對電池或工作環(huán)境的溫度進行監(jiān)測。過溫告警是通過監(jiān)測蓄電池本身溫度或工作環(huán)境的溫度比對監(jiān)控單元設定的預警值，監(jiān)控單元會自動進行告警，以提醒工作人員采取必要的措施進行處理。當蓄電池或工作環(huán)境溫度逐漸下降到正常狀態(tài)后，告警會自動停止。

4.3.2 蓄電池溫度過高故障處理

對于蓄電池非正常的溫度過高問題，需檢查監(jiān)控單元告警設置是否正確，之后再檢查充電電流。如果充電電流過大，可以將均充調整為浮充方式，否則需要更換蓄電池。

5 直流遠供電源系統(tǒng)在鐵路區(qū)間通信設備上的運用

5.1 區(qū)間用電終端設備存在的情況：

目前，在鐵路通信系統(tǒng)中，區(qū)間用電終端設備存在以下幾個情況[3]：（1）為了盡可能地保證區(qū)間通信設備的供電穩(wěn)定性，通常需要考慮設置電纜物理徑路的冗余；（2）設備故障存在連帶性，區(qū)間某點電纜短路、開路或者終端設備故障或者電源輸出端故障，通常會導致后續(xù)線路終端設備供電故障；（3）車間在維修天窗點安排人員多次排除故障進行搶修；（4）區(qū)間存在電化干擾，影響設備使用壽命。以上現(xiàn)狀無論是在建設階段還是在維修階段，都會產(chǎn)生很大的工、料成本，且效率低。

5.2 直流遠供電源系統(tǒng)主要解決的問題

直流遠供電源系統(tǒng)主要解決的問題：（1）只需單物理徑路，減少建設投資成本；（2）提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，保證線路、設備故障等情況發(fā)生時，不會導致后續(xù)線路系統(tǒng)設備故障；（3）實現(xiàn)故障隔離及定位，提高系統(tǒng)維修效率；（4）降低區(qū)間電化干擾，延長設備使用壽命。

5.3 直流遠供電源系統(tǒng)組網(wǎng)圖

供電系統(tǒng)由局端設備、遠端設備、供電電纜、監(jiān)控設備等組成，如圖1所示。該系統(tǒng)由區(qū)間兩端的局端設備分別接取220 V或380 V交流電，升壓為400～800 V直流電，雙方向向區(qū)間并網(wǎng)供電，實現(xiàn)用2芯電纜完成一級負荷供電。區(qū)間用電點的遠端設備將直流線路上的高壓直流電源逆變?yōu)橛秒娫O備所需的電源類型，為弱電設備供電。遠端設備具有自動配網(wǎng)功能，實現(xiàn)故障隔離，在供電線路開路、短路時能保證用電設備不停電。

圖1 R-UPS系統(tǒng)原理圖

5.4 直流遠供電源系統(tǒng)帶來的便利

本系統(tǒng)自設架空平臺，具有性能管理、配置管理和故障管理，能識別系統(tǒng)設備、電纜等故障性質，實現(xiàn)故障定位，將信息實時上傳，告警。具體地，（1）日常巡測不需去現(xiàn)場，遠程監(jiān)控即可解決；（2）故障隔離不需要應急處理；（3）故障定位，快速排查故障，降低故障延時；（4）死機遠程重啟，無需去現(xiàn)場重啟；（5）自動重合閘功能，免去現(xiàn)場合閘；（6）無需更換蓄電池。

6 結 論

綜上所述，鐵路通信網(wǎng)中，通信電源的工作穩(wěn)定性對整個系統(tǒng)的工作是最直接的關鍵影響因素，也是實際運行中檢修和維護重點關注的內容。目前，鐵路通信電源的供電體系和功能實現(xiàn)已經(jīng)與過去的電源保障有了巨大變化，實際的檢修標準和要求也有了較大調整，為此需要相關檢修人員不斷優(yōu)化檢修方式和方法，使用各種新的檢測方法和維修手段，快速恢復正常運營狀態(tài)。這是最直接的檢修要求，也是未來最大化滿足列車運行的根本需要。