李致飛

（中鐵二十一局 電務(wù)電化公司，甘肅　蘭州　730000）

論LED鐵路信號機(jī)能否取代傳統(tǒng)透鏡式色燈信號機(jī)

李致飛

（中鐵二十一局 電務(wù)電化公司，甘肅蘭州730000）

為保證鐵路信號燈光的可靠性，LED信號機(jī)正在被國際國內(nèi)普遍使用，它以低耗能、高亮度、長壽命、施工維修方便等優(yōu)點(diǎn)，越來越受到青睞，但它高昂的價(jià)格和自身存在的一些安全、光學(xué)、與現(xiàn)有點(diǎn)燈電路的兼容性等問題，能否完全取代傳統(tǒng)透鏡式色燈信號機(jī)，筆者從可靠性、技術(shù)條件、使用環(huán)境等多方面進(jìn)行了比較分析。2003年鐵道部科技司組織有關(guān)單位制訂了《LED鐵路信號機(jī)構(gòu)技術(shù)條件（暫行）》，統(tǒng)一了技術(shù)要求，隨即北京局、秦沈客用專線、青藏線和大部分新建貨用線路開始廣泛使用LED信號機(jī)，并取得良好效果。研究旨在為鐵路工作者進(jìn)一步研究提供理論基礎(chǔ)。

LED信號機(jī)；取代；透鏡式色燈信號機(jī)

1　LED信號機(jī)的發(fā)展背景

自從LED即發(fā)光二極管面世以來，其獨(dú)特的性能吸引著人們的注意力，是一種新型冷光源，較之傳統(tǒng)燈絲色燈信號機(jī)有壽命長、綠色節(jié)能、顏色純正等優(yōu)點(diǎn)。2000年以后逐漸開始在鐵路領(lǐng)域開始使用LED光源。從人們普通照明光源的轉(zhuǎn)變，到公路交通信號、汽車尾燈及照明、手機(jī)顯示屏等多方面的應(yīng)用，LED已經(jīng)成為日常生活的主要光源之一。在鐵路領(lǐng)域，越來越多的應(yīng)用LED，比如列車照明、多功能顯示屏，地鐵信號特別是LED鐵路信號機(jī)正在大面積使用。

由于LED鐵路信號機(jī)自身的優(yōu)點(diǎn)，國內(nèi)已有多家企業(yè)研究和生產(chǎn)LED鐵路信號機(jī)，并有部分產(chǎn)品投放市場，開始在鐵路線上使用。地鐵公司也有大量使用的趨勢，其中具有代表性的生產(chǎn)企業(yè)有上海鐵大、重慶達(dá)成鐵路器材公司等.

2　LED信號機(jī)的優(yōu)點(diǎn)

LED信號機(jī)采用輕便、耐腐蝕的單燈鋁合金機(jī)構(gòu)，組合靈活，安裝方便；顯示1.52 km左右，色燈清晰可辨、安全可靠。相比傳統(tǒng)的雙燈雙絲燈泡和透鏡組，LED信號機(jī)具有以下優(yōu)點(diǎn)。

2.1可靠性高

LED發(fā)光盤是用上百只發(fā)光二極管和數(shù)十條支路并聯(lián)工作的，在使用中就是有個(gè)別二極管或支路發(fā)生故障不會影響信號機(jī)的正常顯示，比之傳統(tǒng)燈絲信號機(jī)提高了信號顯示的可靠性。而傳統(tǒng)的燈絲色等信號機(jī)一般開始點(diǎn)燈使用1 000~2 000 h，才開始更換信號機(jī)燈泡。但LED發(fā)光盤壽命是傳統(tǒng)燈泡的50倍以上。

2.2節(jié)省電能

傳統(tǒng)燈絲信號機(jī)燈泡耗電為25 W，而LED發(fā)光盤的耗電量不足信號燈泡的1/5。綠色、環(huán)保已經(jīng)成為LED自身的名片。

2.3壽命長

信號燈泡的壽命一般在點(diǎn)燃1 000～2 000 h需更換。目前LED發(fā)光盤可達(dá)5萬～10萬h。使用壽命時(shí)間長，幾乎成為免維護(hù)產(chǎn)品，大大提高了LED信號機(jī)在鐵路領(lǐng)域的競爭力。

2.4聚焦穩(wěn)定，無需調(diào)試燈光

LED發(fā)光盤的聚焦在產(chǎn)品設(shè)計(jì)和生產(chǎn)中已經(jīng)確定，現(xiàn)場無需調(diào)整，給現(xiàn)場維修和使用帶來方便。

3　LED信號機(jī)的缺點(diǎn)

（1）LED信號機(jī)價(jià)格昂貴，比之普通色燈信號機(jī)價(jià)格貴3～5倍。

（2）與既有點(diǎn)燈電路的兼容性有待提高、完善。比如即有的點(diǎn)燈電路中使用使用JZXC-H18型燈絲監(jiān)督繼電器，其工作電流為100 mA，釋放電流為40 mA，使用LED發(fā)光盤后電流減少，繼電器無法可靠吸起，需對電路或繼電器加以修改。

（3）各生產(chǎn)廠家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一。LED是新光源，其性能受環(huán)境條件、材料質(zhì)量、生產(chǎn)工藝和電路設(shè)計(jì)影響較大。特別是每個(gè)生產(chǎn)企業(yè)突出自己產(chǎn)品的優(yōu)勢或某一技術(shù)領(lǐng)域進(jìn)行壟斷，生產(chǎn)出的產(chǎn)品各不相同。筆者建議各生產(chǎn)廠家應(yīng)該統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)兼容。

4　LED信號機(jī)技術(shù)性能分析

LED信號機(jī)需滿足鐵道部頒發(fā)的《LED信號機(jī)構(gòu)技術(shù)條件》《鐵路燈光信號顏色》等技術(shù)指標(biāo)的規(guī)定。

4.1燈光顏色

TB2081明確規(guī)定了鐵路信號燈光為紅、黃、綠、藍(lán)、月白顏色范圍，則LED信號機(jī)應(yīng)符合這一規(guī)定范圍，就目前使用情況來看，紅、黃、綠、藍(lán)能符合這一要求，而月白經(jīng)多次測試，都超出其規(guī)定的顏色范圍，有待研究提高。

4.2發(fā)光距離

發(fā)光強(qiáng)度決定發(fā)光距離，目前LED信號光源能夠滿足對遠(yuǎn)距離（一般在1 000 m以上）發(fā)出燈光信號的。因?yàn)樗怯卸鄠€(gè)發(fā)光二極管組合而成，不像單個(gè)燈絲信號機(jī)發(fā)出的光那樣聚合，所以有專家提出LED信號光源遠(yuǎn)距離看不聚合，有待提高。

4.3抗干擾性能

LED信號機(jī)對環(huán)境條件非常敏感，交流感應(yīng)、雷電防護(hù)、電磁干擾還需進(jìn)一步研究和試驗(yàn)，確保其穩(wěn)定和鐵路行車安全。在正常環(huán)境下列車運(yùn)行時(shí)，具有一定的抗干擾能力。

4.4故障判斷和報(bào)警

經(jīng)現(xiàn)場多次試驗(yàn)，當(dāng)LED信號機(jī)顯示出現(xiàn)故障時(shí)能夠及時(shí)準(zhǔn)確地報(bào)警。但光衰至某一特定量時(shí)，應(yīng)能示警并具有應(yīng)急功能，確保維修前能繼續(xù)顯示燈光。在故障判斷及報(bào)警方面，比之傳統(tǒng)燈絲信號機(jī)還存在不完善的地方，有待提高。

5　LED信號機(jī)的原理、技術(shù)指標(biāo)

5.1電路原理

LED信號機(jī)是有信號機(jī)械室供出穩(wěn)定的交流電源，經(jīng)室外點(diǎn)燈單元變成直流電源供LED發(fā)光二極管使用。電路的基本形式是變壓器降壓和整流電路組成。LED發(fā)光二極管電路為串聯(lián)、并聯(lián)相結(jié)合設(shè)計(jì)，將數(shù)個(gè)發(fā)光二極管與限流電阻串在一起，再將8組上述發(fā)光二極管組并聯(lián)組成光源。

根據(jù)LED發(fā)光二極管的光電特性及考慮JZXCH18燈絲繼電器的工作值，將每組LED發(fā)光二極管的電流控制在20 mA左右，即滿足繼電器正常吸起、落下。

5.2電路分析

計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)通過接口柜驅(qū)動控制信號機(jī)的相應(yīng)繼電器，信號機(jī)通過接口柜向聯(lián)鎖系統(tǒng)提供燈絲繼電器狀態(tài)信息，即聯(lián)鎖采集。室外信號機(jī)通過信號電纜與室內(nèi)設(shè)備在分線盤銜接組成。

5.3報(bào)警方式

LED燈采用光衰報(bào)警方式報(bào)警，即光強(qiáng)度低于部標(biāo)10%，點(diǎn)燈控制器提供報(bào)警輸出條件（模擬燈絲斷絲報(bào)警），而且報(bào)警狀態(tài)下LED信號機(jī)顯示距離仍然滿足鐵道部在新《維規(guī)》標(biāo)準(zhǔn)之內(nèi)?？垢蓴_電壓不大于130 V，電源控制器無輸出，避免了信號機(jī)誤點(diǎn)亮發(fā)光。在燈盤電源輸入安裝了防雷元件，防止雷電侵入。

5.4LED信號機(jī)技術(shù)指標(biāo)

（1）工作電壓：A 220 V/ACB 12 V/DC

（2）耐壓：端子對燈箱1 000 V 50 Hz正弦波有效值1 min

（3）絕緣電阻：正常絕緣電阻≧50 MΩ 潮濕絕緣電阻≧1.50 MΩ

（4）環(huán)境濕度：-40℃～+70℃

（5）相對濕度：不大于95%（+25℃）

（6）發(fā)光盤的光度性能符合TB/T2353《鐵路信號燈發(fā)光強(qiáng)度》的標(biāo)準(zhǔn)

（7）顯示距離正常條件下達(dá)到高柱：紅、黃、綠≧1 600m；藍(lán)、月白≧1 200 m；矮柱信號機(jī)：紅、黃、綠≧1200m；藍(lán)、月白≧900m

6　LED信號機(jī)發(fā)展趨勢判斷

LED信號作為一種新型的信號光源，越來越多地被鐵路認(rèn)可和使用。到底能否完全取代傳統(tǒng)燈絲色燈信號，完全取決于其自身的可靠性和實(shí)用性，隨著市場經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，其自身價(jià)值和價(jià)格會在一個(gè)合理的區(qū)間發(fā)展。節(jié)能環(huán)保、長壽命、維修成本底等這些優(yōu)勢注定其有長足的發(fā)展空間和市場空間。任何新生事物會有其自身的缺點(diǎn)，隨著時(shí)間的推移，LED信號機(jī)也將不斷完善自己，在智能化、與信號聯(lián)鎖兼容性、安全可靠性方面得到發(fā)展與改進(jìn)，筆者有理由相信LED信號會逐步替代燈絲色等信號。

7　　結(jié)束語

自發(fā)光二極管即LED問世以來，迅速地應(yīng)用到人們?nèi)粘Ｉ钪?，起到越來越重要的作用。但在鐵路信號中的廣泛應(yīng)用，仍需要長時(shí)間的試驗(yàn)、論證。目前，LED信號機(jī)無論結(jié)構(gòu)、發(fā)光面積、光學(xué)性能、電源參數(shù)各不相同。急需有關(guān)部門組織專業(yè)人員盡快研究、制定LED信號機(jī)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，制定統(tǒng)一技術(shù)要求。雖然機(jī)車信號和列控技術(shù)發(fā)展迅速，畢竟鐵路運(yùn)營仍需要安全可靠的地面信號來做保障，而LED信號機(jī)在鐵路行業(yè)的應(yīng)用也日漸凸顯。而且廣闊的的鐵路市場，能夠帶動LED在鐵路信號機(jī)方面的設(shè)計(jì)、研發(fā)，筆者有理由相信隨著LED技術(shù)的不斷提高，配套的電路設(shè)計(jì)、安全可靠地兼容技術(shù)會應(yīng)用而生。

［1］ 王東華.鐵路色燈信號機(jī)采用LED的技術(shù)條件及建議［J］.鐵道通信信號，2003，39（2）：33-34.

［2］ 孫立范.我國鐵路色燈信號機(jī)技術(shù)現(xiàn)狀及展望［J］.照明工程學(xué)報(bào)，2000（12）：19-23.

［3］ 馮金洲.LED鐵路信號光源應(yīng)用技術(shù)研究［J］.鐵道通信信號，2010（12）：64-66.

［4］ 鮑璽.LED鐵路色燈信號機(jī)的光學(xué)設(shè)計(jì)［D］.上海：復(fù)旦大學(xué)，2006.

［5］ 方志良，劉福來，王湘暉，等.高亮度LED鐵路信號機(jī)光學(xué)系統(tǒng)研究［J］.光電子·激光，2005，16（12）：1433-1436.

U284.1

A

10.3969/j.issn.1672-6375.2016.04.008

2016-2-21

李致飛（1982-），男，土族，甘肅臨夏人，大學(xué)本科，工程師，主要研究方向：鐵路信號。