編組站自動化信號系統(tǒng)設備電源設置方案探討

徐紅新

（中鐵第四勘察設計院集團有限公司 湖北武漢 430063）

1 問題提出

自成都北編組站的CIPS和新豐鎮(zhèn)編組站的SAM自動化系統(tǒng)開通以來，我國鐵路各編組站均相繼完成或正在實施自動化改造，編組站發(fā)展進入網(wǎng)絡化、信息化、自動化的歷史新階段，系統(tǒng)集成度大幅提高。一般車站信號系統(tǒng)都有一個天窗修時間，其故障影響范圍相對較小。而編組站自動化系統(tǒng)是一個高度集成的系統(tǒng)，任一作業(yè)環(huán)節(jié)停電都會影響到自動化系統(tǒng)的正常運行。設于編組站站調(diào)樓的信號控制集中系統(tǒng)是控制整個編組站的神經(jīng)中樞，其電源屏要保證7 d／24 h給信號控制集中系統(tǒng)連續(xù)供電。早期開通的編組站沒有考慮到信號控制集中系統(tǒng)的電源屏停電檢修，電源屏停電檢修時導致整個編組站作業(yè)停擺。因此，需要針對性改進電源屏供電設置方案，從而更好地滿足現(xiàn)場作業(yè)需要［1－3］。

2 信號電源屏供電系統(tǒng)設置方案

信號電源系統(tǒng)一般由切換屏、UPS、電池屏和輸出屏組成，電源屏供電有以下三種設置方案：

（1）單 UPS供電方案

單UPS電源屏供電方案供電原理如圖1所示。該方案電源屏只配套1臺 UPS及電池組。優(yōu)點是產(chǎn)品結(jié)構(gòu)簡單，投資較節(jié)?。蝗秉c是由于 UPS和電池組都沒有冗余，當UPS或電池組故障時會導致負載停電。為克服此弊端，一般在 UPS發(fā)生故障時進行旁路處理，但旁路直供方案只能保證UPS或電池組故障時的應急供電，不能保證外電源停電時負載正常供電。目前此供電方案在國鐵上應用較少，僅在地鐵中有應用［4－5］。

圖1 單UPS電源屏供電原理

（2）雙UPS單總線冗余供電方案

雙UPS并聯(lián)電源屏供電方案供電原理如圖2所示。該方案電源屏配套2臺UPS及電池組，由2套UPS并聯(lián)接入輸出屏給負載供電。該方案為一般車站電源屏最常用的供電方案，UPS和電池屏都冗余設置，當其中1臺UPS或電源屏故障時，故障設備自動離線隔離，能滿足負載不間斷供電要求。但該方案僅電源輸入端冗余，輸出只有1條總線，輸出總線故障時會導致系統(tǒng)供電中斷［6－7］。

圖2 雙UPS并聯(lián)電源屏供電原理

（3）雙UPS雙總線冗余供電方案

雙UPS雙總線電源屏供電方案供電原理如圖3所示，為雙UPS單總線冗余供電方案的改進版。該方案需要設置2臺切換屏，投資比雙UPS單總線冗余供電方案略高。圖2方案由于UPS輸入端和輸出端均并聯(lián)，當UPS輸入端或輸出端短路時會導致負載供電中斷，因此，將2臺UPS的輸入和輸出總線均獨立開來，單電源負載設2個模塊，模塊輸出并聯(lián)給負載供電；雙電源負載由2條總線分別給負載供電。此方案一般用于國鐵大型客站和樞紐車站。

圖3 雙UPS雙總線電源屏供電原理

3 編組站自動化信號電源設計

鐵路車站信號設備供電基本上均采用智能電源屏，根據(jù)《鐵路駝峰信號及編組站自動化系統(tǒng)設計規(guī)范》（TB 10069—2017）要求，信號樓及站調(diào)樓均應采用UPS供電，UPS宜冗余設置。

編組站各場（站）信號設備采用1套電源屏供電，由切換屏、輸出屏、UPS和電池屏組成，其中UPS和電池屏為雙套配置，電源屏供電原理可采用雙UPS單總線冗余供電方案。該配置方案可保證其中1臺UPS或電池組故障時負載不斷電，各場（站）一般都有天窗維修點，該電源屏配置方案經(jīng)濟實惠，可滿足現(xiàn)場作業(yè)需要［8－10］。

編組站站調(diào)樓信號控制集中系統(tǒng)供電要求高于其他車站（場），以下重點介紹信號控制集中系統(tǒng)供電設計方案。

3.1 用電需求

自動化編組站站調(diào)樓信號控制集中系統(tǒng)設備主要有數(shù)據(jù)庫服務器、應用服務器、接口服務器、網(wǎng)絡設備、接口機、工作站、維護終端、外部設備等，根據(jù)其負載用電特點可以分為兩類：

（1）不可停電類

包括核心服務器、接口機、網(wǎng)絡設備等，此類設備停電后會造成整個系統(tǒng)無法正常工作，影響范圍廣，一般均為雙機冗余，采用雙路電源供電。

（2）可短暫停電類

包括大屏、終端設備、維護設備、監(jiān)測設備等，此類設備停電不會造成數(shù)據(jù)丟失、系統(tǒng)停擺，但會導致部分設備無法正常使用，此類設備一般為單機，采用單路電源供電。

3.2 電源屏供電系統(tǒng)設計

編組站自動化信號控制集中系統(tǒng)是整個編組站的控制中樞，必須7 d／24 h連續(xù)工作。在電源屏供電設計時不僅要考慮電源屏本身故障時的冗余，還應考慮電源屏停電檢修對系統(tǒng)供電的影響。因此，編組站站調(diào)樓的信號控制集中系統(tǒng)可設2套電源屏雙總線供電，對于雙電源負載由2套電源屏分別提供1路電源；對于單電源的負載，在2套電源屏的2條輸出總線之間設1臺靜態(tài)轉(zhuǎn)換開關（STS），2條輸出總線經(jīng)STS切換后給單電源負載供電，以保證單電源負載也有2路電源冗余供電。電源屏供電原理如圖4所示。

圖4 編組站自動化信號控制集中系統(tǒng)電源屏供電原理

3.3 電源屏配置

編組站信號控制集中系統(tǒng)設備供電為一級負荷，設智能電源屏供電，由外電網(wǎng)提供兩路獨立電源通過防雷開關箱引入至電源屏。信號控制集中系統(tǒng)設備的電源屏由穩(wěn)壓切換屏、STS、輸出屏、電池屏和UPS組成。UPS蓄電池的供電時間應不小于 30 min［11－12］。

（1）穩(wěn)壓切換屏

穩(wěn)壓切換屏的作用是對外電源進行穩(wěn)壓，并對兩路電源進行切換，當一路停電時自動切換到另一路，保證電源屏輸入不間斷。切換屏應按雙套設計，2套切換屏從電源防雷箱并聯(lián)接入到Ⅰ、Ⅱ路外電源上。

（2）UPS及電池組

每套切換屏的UPS及電池組均按雙套設計，2套切換屏共需對應設置4臺UPS及電池組，這樣其中1套切換屏停電檢修時仍有2臺UPS及電池組在線后備。當其中1套電源屏的UPS及電池故障時另1套電源屏仍正常工作，不會造成系統(tǒng)斷電。

（3）STS

對于可短暫停電的單機設備，其供電采用一路電源，如果直接由其中1套切換屏供電，則當該切換屏停電檢修時會造成負載停電，雖然不影響信號控制集中系統(tǒng)數(shù)據(jù)丟失，但會造成部分系統(tǒng)外部設備停擺影響作業(yè)。因此，設置1套STS，STS故障率很低，無需停電檢修，可實現(xiàn)毫秒級切換，切換時不會造成單電源負載設備停電。即使STS損壞需要更換，也只影響到外部終端設備的正常使用，不會影響系統(tǒng)核心設備。

（4）輸出屏

輸出屏為信號設備提供交流220v電源，應設置2臺輸出屏，但這2臺輸出屏不是互備關系。對于雙電源負載，由2套輸出屏分別給A、B機供電，保證其中1臺輸出屏故障時雙機設備還能單機工作；對于單電源負載，應按用電負荷均勻分配至2臺輸出屏中，目的是為了保證2套切換屏輸出功率盡量平衡。

3.4 信號控制集中系統(tǒng)的電源屏容量計算

信號控制集中系統(tǒng)設備包括機房設備、調(diào)度大廳終端設備、系統(tǒng)維護設備、監(jiān)測設備等，電源屏容量應根據(jù)系統(tǒng)設備構(gòu)成種類、數(shù)量計算，可按照以下參數(shù)計算（不同廠家設備可能會有區(qū)別），具體計算參數(shù)如下：

小型機額定功率約為：1 725 W；

服務器的額定功率為：500 W；

工控機的額定功率為：300～400 W；

交換機額定功率為：50～150 W；

液晶顯示器額定功率為：330 W；

背投屏額定功率為：396～792 W（不同類型的屏可能區(qū)別較大）。

（1）大屏幕顯示墻

不同編組站的站形和功能需求略有不同，大屏幕顯示墻一般由14～16塊80英寸背投屏組成，大屏總功耗應根據(jù)其拼接數(shù)量計算。

（2）值班員監(jiān)控終端

每個信號調(diào)度臺上的所有顯示器可采用1路電源供電，容量根據(jù)顯示器數(shù)量計算。

（3）數(shù)據(jù)庫機柜、網(wǎng)絡通信機柜、集中控制機柜、終端機柜、接口機柜、聯(lián)鎖上位機柜等核心機柜設備一般為雙機熱備，每臺機柜采用2路獨立電源供電，容量應根據(jù)機柜中服務器、工控機等設備數(shù)量計算。

（4）系統(tǒng)維護機柜

系統(tǒng)維護機柜內(nèi)一般設置電務維護工控機、網(wǎng)管／防毒工控機、施工臺工控機等設備，該機柜設備為單套設備，采用1路電源供電。

（5）集中監(jiān)測機柜

集中監(jiān)測機柜主要對外電網(wǎng)和電源屏進行監(jiān)測，該機柜額定功率按2 200 W考慮，采用1路電源供電。

（6）機房維護終端

包括集中控制維護終端、網(wǎng)管維護終端、調(diào)機自動化維護終端、聯(lián)鎖維護終端等，用電量根據(jù)終端數(shù)量計算，采用1路電源供電。

（7）施工臺終端

一般在調(diào)度大廳或其余房間設施工要點聯(lián)絡臺，施工臺終端可由電源屏供電，也可就近用普通照明電。

（8）車間及工區(qū)信號集中監(jiān)測終端用電計算

車間及工區(qū)集中監(jiān)測終端可以由電源屏供電，也可以就近用照明電，若車間／工區(qū)的監(jiān)測終端距電源屏較遠，建議就近用照明電。

根據(jù)以上計算原則，參照已開通編組站的實際用電量，信號控制集中系統(tǒng)每套電源屏容量一般為60 kW左右，外電網(wǎng)Ⅰ、Ⅱ路電源供電容量均應為80 kW左右。

4 結(jié)束語

株洲北編組站自動化改造時發(fā)揮后發(fā)優(yōu)勢，吸取了以前編組站改造的經(jīng)驗教訓，對編組站自動化信號控制集中系統(tǒng)電源屏供電進行了方案優(yōu)化改造。采用2套電源屏雙總線供電后，系統(tǒng)供電可靠性得到了較大提升，除非遇到外電網(wǎng)Ⅰ、Ⅱ路同時停電且電池電量耗盡的極端情況，基本可保證信號控制集中系統(tǒng)7 d／24 h不斷電。株洲北編組站自2017年開通以來，沒有發(fā)生因電源屏停電影響設備運行的情況，應用效果良好，后續(xù)編組站自動化設計可借鑒該電源設計方案。