夏智武

（江西新余鋼鐵集團(tuán)有限公司運(yùn)輸部 江西新余 338001）

前言

鐵路運(yùn)輸是當(dāng)前最為重要的交通運(yùn)輸方式之一，近年來(lái)隨著鐵路系統(tǒng)的快速發(fā)展，運(yùn)輸量大大增加，因而對(duì)于信號(hào)系統(tǒng)的要求進(jìn)一步提高。鐵路信號(hào)技術(shù)設(shè)備需要具備更高的可用性、可靠性，才能滿(mǎn)足新時(shí)期發(fā)展中的運(yùn)輸要求，有效保護(hù)運(yùn)輸安全。鐵路信號(hào)電源屏，能否為技術(shù)設(shè)備提供可靠的信號(hào)、不間斷的電源，對(duì)于公司運(yùn)輸部的運(yùn)行，以及公司整體發(fā)展都十分重要。

1 鐵路信號(hào)電源的分類(lèi)

1.1 Y型電源技術(shù)

在Y型電源技術(shù)中，兩種引入電源的方式：①主要的；②備用操作，交流接觸器自動(dòng)切換，高頻電子480Hz電源的使用，高頻直流開(kāi)關(guān)電源，工頻交流穩(wěn)壓電源等獨(dú)立模塊，單板計(jì)算機(jī)的應(yīng)用滿(mǎn)足了智能數(shù)字監(jiān)控輔助功能的要求。電源切換后，向工頻交流穩(wěn)壓器疏松，整流后形成直流母線。采用高頻開(kāi)關(guān)電源模塊，將電路從AC轉(zhuǎn)換為直流，提供開(kāi)關(guān)、塊設(shè)備、直流繼電器等直流負(fù)載信號(hào)設(shè)備。在交流負(fù)荷中，參數(shù)穩(wěn)壓器、交流穩(wěn)壓器，由數(shù)字微電腦補(bǔ)償，在故障過(guò)程中，通過(guò)自動(dòng)或手動(dòng)的旁路直接供電，將電壓集中、穩(wěn)定，然后將電路進(jìn)行轉(zhuǎn)換和隔離，以供交流負(fù)載信號(hào)裝置，如開(kāi)關(guān)、軌道電路、信號(hào)燈等[1]。圖1是Y型電源技術(shù)的結(jié)構(gòu)和工作原理。而此類(lèi)電源技術(shù)模式存在一定的問(wèn)題，在電源的過(guò)程中，應(yīng)用了交流接觸器組，難以在規(guī)定的0.15s時(shí)間內(nèi)完成切換，同時(shí)，交流接觸器線圈不能完全丟失在電源高壓測(cè)量中。在交流部分，使用一套冷備用穩(wěn)壓器，或沒(méi)有備用設(shè)備，在故障后，需要手動(dòng)切換。對(duì)備用設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行有效監(jiān)測(cè)是困難的。

1.2 假H型電源技術(shù)

在偽H電源技術(shù)中，同時(shí)引入了兩個(gè)通道的電源，交流接觸器自動(dòng)開(kāi)關(guān)，一些模塊單元的功率變頻交流穩(wěn)定器由兩個(gè)電源提供，并使用額貼面機(jī)，實(shí)現(xiàn)智能數(shù)字型監(jiān)測(cè)。電源頻率交流穩(wěn)壓器是分散的，交流負(fù)載監(jiān)管和孤立，和權(quán)力提供信號(hào)設(shè)備，如交換機(jī)、軌道電路、信號(hào)燈、等高頻開(kāi)關(guān)直流電源輸出直流負(fù)載，和供應(yīng)電力開(kāi)關(guān)、屏蔽設(shè)備，直流繼電器和其他設(shè)備。模塊單元通過(guò)1＋1，N＋+等備用方法，采用部分自動(dòng)轉(zhuǎn)換、手動(dòng)轉(zhuǎn)換等方式控制交流備用模塊。圖2為假H型電源技術(shù)結(jié)構(gòu)和工作原理。在此類(lèi)電源技術(shù)應(yīng)用中，也存在著一定的缺陷，利用交流接觸器組實(shí)現(xiàn)電源輸入，需要2臺(tái)交流接觸器動(dòng)作，可能會(huì)超過(guò)規(guī)定0.15s的切換時(shí)間按，工頻交流穩(wěn)壓器在斷電的情況下會(huì)停止運(yùn)行。在電源高壓測(cè)量中出現(xiàn)相位中斷時(shí)，開(kāi)關(guān)交流接觸器線圈不能完全失去電力，而部分功率頻率交流穩(wěn)壓器不能保持正常運(yùn)行狀態(tài)。導(dǎo)致部分信號(hào)設(shè)備失電。其具有和Y型電源技術(shù)相同的輸出單元模塊，不過(guò)需要利用人工切換的操作，因此在實(shí)質(zhì)上屬于假H型電源技術(shù)。

圖1 Y型電源技術(shù)結(jié)構(gòu)及工作原理

圖2 假H型電源技術(shù)結(jié)構(gòu)及工作原理

2 鐵路信號(hào)電源的問(wèn)題

2.1 兩路電源同時(shí)停電

盡管在一些繁忙的干線中，對(duì)貫通電源增加建設(shè)，但仍可能會(huì)出現(xiàn)同時(shí)停電的事故，影響鐵路運(yùn)行安全。例如，春季預(yù)防性試驗(yàn)中，相鄰所電源停電，導(dǎo)致1個(gè)供電臂斷電，引起列車(chē)追尾事故。如果線路受到暴風(fēng)雨的影響，發(fā)生自閉、貫通電力線路同時(shí)停電，需要對(duì)行車(chē)組織方式加以改變，在處理事故過(guò)程中，由于電力線路供電不穩(wěn)定，信號(hào)指示不準(zhǔn)確，列車(chē)司機(jī)難以正確理解行車(chē)憑證內(nèi)容，存在盲目行車(chē)的情況，可能會(huì)造成行進(jìn)中的列車(chē)與區(qū)間停留列車(chē)的追尾事故。在主要干線中，信號(hào)供電大都采用了雙回路的模式，但仍有一些鐵路線路，應(yīng)用的還是單回路供電[2]。特別是在一些交通不便利的地區(qū)，電力線路如果發(fā)生故障，短時(shí)間內(nèi)難以徹底修復(fù)并恢復(fù)供電，因而會(huì)對(duì)鐵路運(yùn)輸造成較大的干擾。

2.2 諧波含量大污染嚴(yán)重

隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，在當(dāng)前工業(yè)部門(mén)、交通部門(mén)中，在用電設(shè)備上逐漸得到更為廣泛的應(yīng)用，例如煉鋼中應(yīng)用電弧爐，電氣化鐵路中應(yīng)用大功率整流等。但這些電力電子技術(shù)的應(yīng)用，增加了諧波的產(chǎn)生，對(duì)通信線路、電力用戶(hù)、電力設(shè)備等都造成了較大的影響。以往鐵路信號(hào)電源中，存在著大量的諧波，造成了較為嚴(yán)重的污染情況。對(duì)于信號(hào)設(shè)備來(lái)說(shuō)，諧波污染造成的影響十分嚴(yán)重，例如發(fā)熱、過(guò)負(fù)荷、過(guò)電壓、介質(zhì)應(yīng)力增加等，對(duì)保護(hù)控制設(shè)備、電子設(shè)備正常運(yùn)行及性能，產(chǎn)生破壞、危害、干擾，進(jìn)而引起系統(tǒng)鐵磁諧振。鐵磁諧振包括了分次諧波諧振、高次諧波諧振、基波諧振等，一般會(huì)出現(xiàn)三相、兩相、單相對(duì)低電壓上升，或是低頻擺動(dòng)下造成避雷器爆炸、絕緣閃絡(luò)等情況。出現(xiàn)高值零序電壓分量，發(fā)生不正確接地指示、虛幻接地現(xiàn)象等。電壓互感器中產(chǎn)生電流，燒毀互感器或熔斷熔斷器，還可能引起小容量異步電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)。信號(hào)電源為了確保一致的相序，基于兩路電源轉(zhuǎn)換，增加相序繼電器。電源中的諧波對(duì)于相序繼電器的影響較為明顯，如果電源中出現(xiàn)了一定量的諧波，啟動(dòng)相序繼電器，造成電源屏接觸器電源切斷，電源無(wú)法向電源屏輸送。

3 鐵路信號(hào)理想電源技術(shù)

3.1 鐵路信號(hào)電源需求

江西新余鋼鐵集團(tuán)有限公司運(yùn)輸部位于江西省新余市冶金路，供電電源有時(shí)存在不穩(wěn)定的情況，對(duì)運(yùn)輸效率存在很大的影響。為了使信號(hào)設(shè)備能夠可靠運(yùn)行，使信號(hào)電源零切換需求得以滿(mǎn)足，進(jìn)行了相應(yīng)的工程改造，與供應(yīng)商聯(lián)合，經(jīng)調(diào)查和研究之后，針對(duì)信號(hào)電源的特殊需求，基于直流母線技術(shù)和智能監(jiān)控功能，利用單元、模塊化和標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)，研究開(kāi)發(fā)了滿(mǎn)足信號(hào)電源零切換要求的信號(hào)電源屏[3]。在檢測(cè)和批準(zhǔn)相應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)后，連續(xù)應(yīng)用對(duì)信號(hào)設(shè)備的供電產(chǎn)生了很大的影響。

3.2 鐵路信號(hào)電源結(jié)構(gòu)和工作原理

圖3是江西新余鋼鐵集團(tuán)有限公司運(yùn)輸部鐵路信號(hào)電源技術(shù)結(jié)構(gòu)和工作原理。在電源輸入斷口，采用了二路引入電源同時(shí)工作的電路結(jié)構(gòu)，采用無(wú)接觸式開(kāi)關(guān)電源，滿(mǎn)足零中斷的要求。高頻直流開(kāi)關(guān)電源和交流開(kāi)關(guān)電源是用來(lái)校正和穩(wěn)定電壓的。電源開(kāi)關(guān)由電源開(kāi)關(guān)單元模塊完成，并使用單板計(jì)算機(jī)。檢測(cè)比較電流、電壓差、相序、相位等，在電源要求無(wú)法滿(mǎn)足的情況下及時(shí)切換控制，滿(mǎn)足輸入電源零切換的要求。在信號(hào)電源輸出端口，采用了二路直流400V母線，作為電路結(jié)構(gòu)，直流變換分回路，向轉(zhuǎn)轍機(jī)、自動(dòng)閉塞、直流繼電器等設(shè)備電源?？刂朴?jì)算機(jī)和相同的時(shí)鐘總線控制，直流/交流轉(zhuǎn)換分回路，均流、并聯(lián)輸出，向480Hz繼電器軌道電路、道岔表示燈、軌道電路、電源信號(hào)照明及其他設(shè)備。交流模塊可用于控制逆變電路使用相同的時(shí)鐘總線和計(jì)算機(jī)控制，同時(shí)完成零、振動(dòng)，提供交流電源輸出的清潔正弦交流電。而輸出直流電源，雙單元件模塊，均勻，冗余熱備份并行。直流電源和交流功率單元輸出模塊，在幾乎所有情況下都將采用并行流模式，可以滿(mǎn)足輸出模塊零切換的需要。

3.3 鐵路信號(hào)理想電源技術(shù)的建議

根據(jù)江西新余鋼鐵集團(tuán)有效公司運(yùn)輸部的鐵路信號(hào)電源需求、電源結(jié)構(gòu)、工作原理等，在理想電源技術(shù)的應(yīng)用和改造中，可基于DC總線技術(shù)，增加智能監(jiān)控功能，使用單元，模塊化，標(biāo)準(zhǔn)化流程，打造新的鐵路信號(hào)理想電源屏，對(duì)鐵路信號(hào)輸入電源、輸出電源、輸出單元模塊零切換等要求更好的滿(mǎn)足。在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，由于生產(chǎn)成本相對(duì)較高，許多鐵路信號(hào)電源的供應(yīng)商都沒(méi)有采用該技術(shù)，所以在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中技術(shù)的數(shù)量很少。的方法來(lái)處理輸入電源的不穩(wěn)定等問(wèn)題不僅會(huì)增加成本，而且增加維護(hù)現(xiàn)場(chǎng)UPS的工作負(fù)載，同時(shí)，故障的發(fā)生率在UPS電源的開(kāi)關(guān)本身也將增加。對(duì)于電源輸出單元模塊切換的問(wèn)題，難以有效解決[4]。對(duì)此，鐵路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)主管部門(mén)應(yīng)修訂和完善鐵路信號(hào)理想電源屏的標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)條件，提高鐵路信號(hào)電源的質(zhì)量。

圖3 江西新余鋼鐵集團(tuán)有限公司運(yùn)輸部鐵路信號(hào)電源技術(shù)結(jié)構(gòu)和工作原理

4 結(jié)論

鐵路信號(hào)在鐵路運(yùn)輸當(dāng)中具有重要的意義，對(duì)于列車(chē)正點(diǎn)、安全到達(dá)，提高列車(chē)通過(guò)能力均有著直接的影響。隨著列車(chē)不斷提速，對(duì)于信號(hào)供電技術(shù)可靠性也提出了更高要求。以江西新余鋼鐵集團(tuán)有限公司運(yùn)輸部為例，基于信號(hào)電源的現(xiàn)狀和問(wèn)題，提出了鐵路信號(hào)理想電源技術(shù)，以期能夠提升公司運(yùn)輸線路和運(yùn)輸安全。

[1]王雷.PLC在鐵路信號(hào)電源屏網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].工程建設(shè)與設(shè)計(jì)，2016（2）：79～81.

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