酒慧

便攜式鐵路信號應(yīng)急電源系統(tǒng)

酒慧

隨著鐵路信號技術(shù)的發(fā)展，鐵路信號電源系統(tǒng)的智能化、模塊化、網(wǎng)絡(luò)化已經(jīng)成為發(fā)展的必然趨勢。便攜式鐵路信號應(yīng)急電源系統(tǒng)具有體積小、質(zhì)量輕，方便儲存、運輸?shù)奶攸c，可提供多種不同電源輸出。

便攜式;應(yīng)急電源;系統(tǒng)

鐵路信號設(shè)備是不間斷供電設(shè)備，25 Hz、直流24 V繼電器、閉塞系統(tǒng)等電源在使用中一旦出現(xiàn)故障，現(xiàn)場很難盡快解決。另外，突發(fā)雷擊、火災(zāi)、地震等自然災(zāi)害的襲擊往往也會導(dǎo)致系統(tǒng)癱瘓。由于現(xiàn)場電源種類較多，一般很難及時修復(fù)，處理時間較長?！惰F路信號維護規(guī)則——業(yè)務(wù)管理》中雖有“電務(wù)段應(yīng)至少備用一套電源屏”的規(guī)定，但電源屏往往不是整屏癱瘓，而是局部支路輸出故障。如果把整屏運往現(xiàn)場，操作復(fù)雜，不但耗費大量的人力和時間，也起不到搶險的作用。為此，鄭州電務(wù)段開發(fā)研制了縮短搶險時間、方便現(xiàn)場操作、保障運輸安全、節(jié)約成本開支的便攜式鐵路信號應(yīng)急電源系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)特點

系統(tǒng)體積小、重量輕、方便儲存，裝有把手及萬向輪，方便搶險運輸。采用先進的電力電子技術(shù)、功率因數(shù)校正技術(shù)等，降低諧波成份，減少無功功耗，提高輸出電壓穩(wěn)定度。標(biāo)識清晰易見，控制器件簡單便捷，還可將易發(fā)事故電源進行分類、總結(jié)，方便記錄。

2 系統(tǒng)主要性能指標(biāo)

1.外型尺寸:456 mm×565 mm×700 mm。

2.重量:PYJ-1型65 kg;PYJ-2型45 kg; PYJ-3型45 kg。

3.輸出電源種類:PYJ-1型輸出25 Hz軌道-局部電源;PYJ-2型輸出繼電器、電碼化、區(qū)間軌道、區(qū)間繼電器、站間聯(lián)系電源;PYJ-3型輸出直流轉(zhuǎn)轍機、表示燈電源。

4.在165～275V范圍內(nèi)進行老化測試，高于鐵標(biāo)規(guī)定的要求，可以保證在現(xiàn)場更為嚴(yán)酷的環(huán)境中使用。各支路輸出的容量如表1所示。

表1 電源各支路輸出的容量

5.所使用模塊經(jīng)過陜西省電子工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗站四項電磁兼容檢測，滿足電磁兼容的要求，抗干擾能力強。

3 系統(tǒng)原理

下面以PYJ-1為例來介紹系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和原理。PYJ-1電源系統(tǒng)方框圖、電源系統(tǒng)原理圖分別如圖1、圖2所示。

3.1 25Hz模塊工作原理

25Hz電子變頻器模塊(簡稱25Hz模塊)為

圖1 PYJ-1電源系統(tǒng)方框圖

PYJ-1便攜式鐵路信號應(yīng)急電源系統(tǒng)提供25 Hz相敏軌道電路所需要的局部電源和軌道電源。25 Hz模塊是25 Hz相敏軌道電路專用供電模塊。它利用電力電子技術(shù)將50 Hz交流電轉(zhuǎn)換成符合要求的25 Hz電源。該模塊應(yīng)用了先進的有源功率因數(shù)校正技術(shù)(APFC)，使功率因數(shù)高達0.99，有效降低了諧波成份，減少了無功損耗，使整機的滿載效率達到90%以上。功率輸出部分采用了最新器件(IGBT)組成的逆變器(DC/AC)。

1.輔助電源。輸入電源經(jīng)軟啟動電阻和主整流橋整流后，加至開關(guān)變壓器原邊給開關(guān)管送電，激勵脈寬調(diào)制器起振，輸出調(diào)制脈沖，開關(guān)管受脈沖調(diào)制導(dǎo)通和截止，輔助電源進入正常工作狀態(tài)。該電源屬單端反激式開關(guān)電源，可輸出多路電壓，工作穩(wěn)定，可靠性高。

圖2 電源系統(tǒng)原理圖

2．有源功率因數(shù)校正(APFC)電路。有源功率因數(shù)校正的目的，就是讓輸入電源的電流波形跟蹤電壓波形保證功率因數(shù)接近于1。其核心控制器件是集成電路UC3854，該器件16腳輸出的脈寬調(diào)制信號，包含了對PFC控制的全部信息，此信號控制著開關(guān)管的導(dǎo)通和截止，輸入強制電流波形跟蹤電壓波形;并控制著輸出電壓穩(wěn)壓，使其穩(wěn)定在DC400V上。

當(dāng)集成電路UC3854和外圍元件組成的檢測電路，檢測到PFC電路出現(xiàn)過流、輸入過壓、欠壓、輸出過壓、過熱等故障現(xiàn)象時，均會切斷軟啟動繼電器，同時封鎖16腳的調(diào)制脈沖，使該端無信號輸出，直至故障排除后APFC自動恢復(fù)正常工作。

3.逆變電路DC/AC。為了提高變頻器的可靠性，變頻器應(yīng)用全橋逆變技術(shù)，關(guān)鍵器件采用最新器件(IGBT)進行逆變，逆變后的SPWM波(正弦波)經(jīng)過濾波還原為2路交流電壓輸出。且通過同步電路使局部電壓恒超前軌道電壓相位90°。原理見圖3。

利用數(shù)字電路(EPROM)產(chǎn)生SPWM調(diào)制脈沖來實現(xiàn)DC/AC變換。首先由數(shù)字電路分別產(chǎn)生基準(zhǔn)的正弦波及所對應(yīng)的三角波，并將2種波形進行比較，產(chǎn)生DC/AC變換所需的SPWM調(diào)制脈沖波，再經(jīng)過邏輯控制驅(qū)動電路，將調(diào)制脈沖加到逆變功率管的控制柵極，逆變后的SPWM波經(jīng)過濾波還原為交流電壓輸出。由輸出電壓取樣，經(jīng)放大、比較、調(diào)整基準(zhǔn)正弦信號電壓，從而保證輸出電壓的穩(wěn)定。

圖3 25Hz電子變頻器原理方框圖

當(dāng)保護電路檢測到輸出過壓故障時，控制邏輯電路封鎖SPWM調(diào)制脈沖，使該模塊無電壓輸出，同時發(fā)出報警信號，故障排除后模塊需重新開機工作。

3.2 PYJ-1電源系統(tǒng)操作步驟

步驟1．閉合1QF，相應(yīng)電源模塊上電;模塊上相應(yīng)上電表示燈亮，模塊面板上的工作表示燈亮了以后，模塊工作正常。

步驟2．閉合2QF～11QF，分別供出各回路電源。

4 系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域

將鐵路信號電源中最重要且現(xiàn)場難以較快解決的幾種電源整合在一個系統(tǒng)內(nèi)部，可以提供多種電源輸出。輸出電源種類涵蓋面廣，可廣泛應(yīng)用于國鐵、高速鐵路、地方鐵路、鐵路專用線、城市軌道交通系統(tǒng)等不同的軌道系統(tǒng)當(dāng)中，適合鐵路中、小站通信信號電源在突發(fā)遭受雷擊、火災(zāi)等自然災(zāi)害襲擊，導(dǎo)致系統(tǒng)癱瘓和野外臨時架設(shè)通信基站，以及鐵路搶險等異常情況下的應(yīng)急保障使用。

5 系統(tǒng)的社會、經(jīng)濟效益

系統(tǒng)有3種不同型號，分別控制不同的輸出電源種類，當(dāng)現(xiàn)場某些支路輸出故障時，可方便選擇合適型號的設(shè)備來搶險，從技術(shù)上解決了長期影響行車安全的一個問題，彌補了安全生產(chǎn)的漏洞，為鐵路運輸安全提供穩(wěn)定、可靠的信號電源設(shè)備，保證行車安全，具有較大的社會效益。該應(yīng)急電源系統(tǒng)每套9萬元，可以節(jié)約大量的電源屏采購費用。我國正處于鐵路、地鐵、城軌建設(shè)的高峰期，每年還有多個外資項目的建設(shè)，該項目有良好的市場空間和廣泛的使用前景。該系統(tǒng)通過了鄭州鐵路局技術(shù)鑒定，于2010年3月在鄭州電務(wù)段上道運用，并在處理圃田站、許昌站、淇縣站故障中發(fā)揮了積極作用，縮短了搶險時間，保障了鐵路運輸安全。

With the development of railway signal technology，intelligent，modular，and networked railway signal power supply system has become an inevitable trend．Portable emergency power supplies for railway signal system are usually small in size，light，and convenient for storage and transportation，and can provides a variety of different power outputs．

Portable;Emergency power supply;System

酒慧:鄭州鐵路局鄭州電務(wù)段工程師450052鄭州

2012-02-06

(責(zé)任編輯:溫志紅)