馬會(huì)軍 楊自璞 楊東星

摘? 要：針對高原鐵路全電子執(zhí)行單元系統(tǒng)供電問題，該文提出2種高可靠性的供電方案。第一種方案是在電源屏上新增一路直流轉(zhuǎn)換模塊，為執(zhí)行單元提供獨(dú)立的額外供電，即直流雙路直供方案。第二種方案是在保持電源屏供電方式不變的基礎(chǔ)上，將執(zhí)行機(jī)柜的單斷路器升級為雙斷路器，通過2臺執(zhí)行機(jī)柜的互環(huán)連接，實(shí)現(xiàn)用電的冗余，即執(zhí)行機(jī)柜互環(huán)供電方案。這2種方案的目標(biāo)都是提升全電子執(zhí)行單元用電的可靠性和穩(wěn)定性。綜合比較，執(zhí)行機(jī)柜互環(huán)供電方案在高原鐵路執(zhí)行單元電源改造中更加具備可行性。該文的研究對高原鐵路全線全電子執(zhí)行單元供電方式的改造具有指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：高原鐵路；全電子執(zhí)行單元；電源改造；軌道電路；計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖

中圖分類號：U284.8? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2095-2945（2024）08-0145-04

Abstract： In order to solve the problem of power supply of all-electronic execution unit system of plateau railway， two power supply schemes with high reliability are proposed in this paper. The first scheme is to add a DC conversion module to the power supply screen to provide independent additional power supply for the execution unit， that is， the DC dual direct power supply scheme. The second scheme is to upgrade the single circuit breaker of the executive cabinet to a double circuit breaker on the basis of keeping the power supply mode unchanged， and realize the redundancy of power consumption through the interring connection of the two executive cabinets， that is， to implement the cabinet interloop power supply scheme. The goal of both schemes is to improve the reliability and stability of power consumption in all-electronic execution units. By comprehensive comparison， the implementation of cabinet interloop power supply scheme is more feasible in the transformation of plateau railway executive unit power supply. The study of this paper is of guiding significance for the transformation of the power supply mode of the all-electronic executive unit of the plateau railway.

Keywords： plateau railway; all-electronic executive unit; power transformation; track circuit; computer interlocking

在高原地區(qū)鐵路運(yùn)營中，全電子執(zhí)行單元的引入，標(biāo)志著鐵路行業(yè)邁向一個(gè)重要的里程碑。在確保鐵路運(yùn)營安全的進(jìn)程中，執(zhí)行單元作為關(guān)鍵設(shè)備之一，其供電方式顯得尤為重要。這是因?yàn)樵谲囌究刂葡到y(tǒng)中，執(zhí)行單元在行車安全方面起著至關(guān)重要的作用，直接參與執(zhí)行各項(xiàng)關(guān)鍵系統(tǒng)的操作[1]。全球范圍內(nèi)的鐵路和交通系統(tǒng)正經(jīng)歷數(shù)字化轉(zhuǎn)型，這包括采用全電子執(zhí)行單元技術(shù)。全電子執(zhí)行單元采用了高度靈活的軟件定義方法，使鐵路信號系統(tǒng)更容易配置和升級。它具備全電子化、模塊化、智能化、數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化等顯著特點(diǎn)[2]。通過執(zhí)行模塊，傳統(tǒng)的聯(lián)鎖系統(tǒng)中繁瑣的繼電器執(zhí)行部分得以替代，從而實(shí)現(xiàn)對室外轉(zhuǎn)轍機(jī)、信號機(jī)、軌道電路等關(guān)鍵設(shè)備的直接控制[3-5]。這種革命性的轉(zhuǎn)變?yōu)殍F路運(yùn)營帶來了更高的效率和可靠性，極大地提高了行車安全水平。全電子執(zhí)行單元模塊化的設(shè)計(jì)使執(zhí)行電路具備了雙套冗余設(shè)計(jì)的可行性，目前市面上有單套執(zhí)行單元系統(tǒng)以及雙套冗余執(zhí)行單元系統(tǒng)2種制式應(yīng)用。執(zhí)行單元在高原地區(qū)的應(yīng)用，不僅在技術(shù)上突破了電氣化鐵路海拔極限，也在鐵路運(yùn)營安全領(lǐng)域取得了顯著的成就。執(zhí)行單元作為其中的關(guān)鍵創(chuàng)新之一，其全電子化的特性為鐵路行車系統(tǒng)注入了新的活力。本文旨在深入探討執(zhí)行單元在高海拔鐵路運(yùn)營中的應(yīng)用，以及其在推動(dòng)鐵路行車安全和效率方面所具有的潛力。通過對執(zhí)行單元供電的研究，我們可以更好地理解其在鐵路現(xiàn)代化中的地位和作用，為鐵路運(yùn)營的未來發(fā)展提供有益的借鑒。

1? 執(zhí)行單元供電現(xiàn)狀調(diào)查

電子執(zhí)行單元系統(tǒng)的電源供電方式包括交流（AC）雙電源并聯(lián)冗余供電和直流（DC）單電源冗余供電2種模式。AC供電模式采用計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖雙系統(tǒng)電源模式，即電源屏提供2路獨(dú)立的AC220V單相交流電源[6]，如圖1所示。每臺執(zhí)行機(jī)柜設(shè)置2套AC220/DC24V模塊電源分別向雙系電子執(zhí)行單元供電；或者合并2路電源模塊并聯(lián)輸出，供給單套執(zhí)行單元。

青藏公司其他線路使用的蘭州大成單套電子執(zhí)行單元系統(tǒng)采用了交流（AC）雙電源并聯(lián)冗余輸出的供電方式。和利時(shí)、鐵科、微聯(lián)、通號和卡斯柯等公司的電子執(zhí)行單元均采用AC供電方式。DC單電源供電是電源屏提供的直流冗余電源模式，即電源屏提供多個(gè)電源模塊并聯(lián)冗余輸出DC24V的直流電源。電源模塊的輸入由外部電源提供2路獨(dú)立的AC220V單相交流電源。每臺執(zhí)行機(jī)柜接入一路DC24V系統(tǒng)電源，分別為單套或者雙套電子執(zhí)行單元提供電力。AC供電模式及DC供電模式均在供電端實(shí)現(xiàn)了冗余功能，且符合TBT 3027—2015《鐵路車站計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖技術(shù)條件》中的“11.1計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖應(yīng)由信號專用電源通過至少2個(gè)獨(dú)立電源為計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)提供220 V交流供電”的規(guī)定[7]。以上供電方式的詳細(xì)描述涵蓋了AC和DC供電模式及其在不同情況下的配置和冗余設(shè)計(jì)。

高原鐵路執(zhí)行單元采用蘭州大成生產(chǎn)的LDJLZ-II型雙模塊系統(tǒng)，電源屏采用天津信號廠第三代智能化信號電源屏PKX系列[8]，對執(zhí)行單元采用DC單電源供電方式。以某個(gè)5股道車站為例，由2路AC220V電源向2組UPS供電，正常由2組UPS冗余向電源屏MW-Z24/60模塊供電，且當(dāng)UPS故障時(shí)提供旁路功能，電源屏MW-Z24/60模塊4塊并聯(lián)冗余向執(zhí)行單元提供直流24 V電源均流輸出，其供電方式如圖2所示。

電源屏MW-Z24/60單個(gè)模塊提供直流24 V最大額定輸出電流60 A的穩(wěn)定輸出。單個(gè)執(zhí)行單元工作電流平均值為3.5 A，啟動(dòng)電流為5 A。此站共計(jì)使用5臺執(zhí)行機(jī)柜，最大工作電流17.5 A，最大啟動(dòng)電流25 A。在單個(gè)或多個(gè)電源模塊故障的情況下，4塊電源模塊并聯(lián)均流輸出的設(shè)計(jì)可保證不間斷地向執(zhí)行單元提供可靠的電源供電。電路設(shè)計(jì)由電源屏輸出斷路器直流30 A、執(zhí)行柜輸入斷路器直流20 A、連接線路和斷路器為單向控制無冗余，中間單節(jié)點(diǎn)連接多達(dá)20處，當(dāng)斷路器故障、節(jié)點(diǎn)松動(dòng)、線路損壞中斷時(shí)，會(huì)造成執(zhí)行機(jī)柜斷電，供電穩(wěn)定性存在風(fēng)險(xiǎn)。本文根據(jù)冗余供電的思路，提出在DC單電源供電方式下對執(zhí)行單元的單線路改造為雙線路的2種設(shè)計(jì)方案，以確保當(dāng)某一處斷路器或電路故障時(shí)執(zhí)行單元仍正常運(yùn)行。

2? 改造技術(shù)方案與分析

2.1? 方案一：電源屏端DC雙路直供方案

每個(gè)站使用的全電子執(zhí)行單元柜數(shù)量不同，電源屏根據(jù)功率要求安裝的電源模塊數(shù)也不同。以此站為例，可在電源屏新增執(zhí)行單元二路電源模塊，由新增電源模塊獨(dú)立向執(zhí)行單元供電，形成DC雙電源直供方案，具體供電方式如圖3所示。

圖3中相關(guān)部分為新增設(shè)備及電路，執(zhí)行機(jī)柜端子1（D1）、端子2（D2）分別新增一組接線端子，接線端子中間新增一個(gè)斷路器（RD2）。RD1控制執(zhí)行機(jī)柜左側(cè)銅條供電，RD2控制執(zhí)行機(jī)柜右側(cè)銅條供電，電源屏增加單獨(dú)的一組供電模塊通過RD2向執(zhí)行單元供電，左右銅條并聯(lián)向執(zhí)行單元系統(tǒng)供電。

電源屏端雙路直供方案中執(zhí)行機(jī)柜單個(gè)斷路器空開各承擔(dān)50%負(fù)荷，當(dāng)一路供電電路開路時(shí)單路可承擔(dān)全部負(fù)荷。電源屏端至執(zhí)行機(jī)柜端單節(jié)點(diǎn)、單斷路器開路以及電源屏供電模塊整體故障時(shí)，均能夠保障設(shè)備供電的穩(wěn)定性，避免單節(jié)點(diǎn)接觸不良、斷路器故障造成的斷電事故。但其改造時(shí)需要電源屏整體斷電、既有電源屏空間不足，室內(nèi)新增配線多、施工難度大。

2.2? 方案二：執(zhí)行機(jī)柜互環(huán)供電方案

在既有設(shè)備的基礎(chǔ)上，為每個(gè)執(zhí)行機(jī)柜新增一組斷路器和萬可端子及連線，將執(zhí)行機(jī)柜內(nèi)部左右兩側(cè)銅條由不同斷路器進(jìn)行供電，如圖4所示。

圖4相關(guān)部分為新增設(shè)備及電路，執(zhí)行機(jī)柜端子及斷路器增加部分與圖3方案一致。執(zhí)行一RD1與執(zhí)行二RD2通過D2環(huán)接，執(zhí)行二RD1與執(zhí)行一RD2環(huán)接，以達(dá)到執(zhí)行機(jī)柜電路雙路冗余的效果。執(zhí)行三、執(zhí)行四、執(zhí)行五3組執(zhí)行機(jī)柜進(jìn)行互環(huán)。單個(gè)執(zhí)行機(jī)柜使用啟動(dòng)電流5 A，正常工作電流3.5 A，按最大容量3組機(jī)柜互環(huán)，當(dāng)2條供電電路開路時(shí)，單個(gè)斷路器最大承載容量為10.5 A。其中，新增斷路器和即有的斷路器容量必須保持一致，以保障在設(shè)備正常供電時(shí)兩邊斷路器通過電流一致。

在現(xiàn)場試驗(yàn)中，針對執(zhí)行機(jī)柜互環(huán)供電方案，經(jīng)實(shí)際操作，斷開任意斷路器后，系統(tǒng)設(shè)備仍能正常運(yùn)行。該供電方案電源屏直流電源模塊未獨(dú)立設(shè)計(jì)，因此整體電源模塊故障將導(dǎo)致斷電。但該方案具備諸多優(yōu)勢。首先，在改造過程中，不需要對電源屏進(jìn)行整體斷電操作，從而不會(huì)影響其他設(shè)備的電力供應(yīng)。其次，該方案的改動(dòng)較小，施工便捷，新增設(shè)備數(shù)量較少，成本相對經(jīng)濟(jì)。2種方案在既有車站改造過程中的優(yōu)劣對比見表1，綜合本文的研究和實(shí)際現(xiàn)場試驗(yàn)結(jié)果，建議高原鐵路在升級改造中采用互環(huán)供電方案。

3? 結(jié)束語

本文通過分析全電子執(zhí)行單元的供電方式，并結(jié)合相關(guān)規(guī)定，發(fā)現(xiàn)高原鐵路全電子執(zhí)行單元供電電路需要技術(shù)改進(jìn)，提出的2個(gè)方案在單斷路器開路時(shí)，均能夠保障設(shè)備供電的穩(wěn)定性，避免單節(jié)點(diǎn)接觸不良、斷路器故障造成的斷電事故。2種方案都符合TB/T 3027—2015中供電及電源設(shè)備的要求，但在升級改造過程中，執(zhí)行機(jī)柜互環(huán)供電方案具備更好的執(zhí)行性，且成本更經(jīng)濟(jì)，改造過程中影響范圍小，因此，建議在高原鐵路的電源改造上采用該方案。本文的2種方案有效解決了高原鐵路執(zhí)行單元供電的不穩(wěn)定性問題，對高原鐵路執(zhí)行單元雙電源改造及后續(xù)車站雙電源供電的設(shè)計(jì)具有普遍指導(dǎo)意義。

雙電源冗余供電方案雖然成功解決了由線路開路引起的斷電問題，但仍然面臨一系列潛在問題，尤其是在用電設(shè)備的應(yīng)用端。在許多設(shè)計(jì)中，供電端常常采用雙電源冗余方案，但用電端卻仍然使用單一電源線路和單一斷路器?；蛘咴谝恍┣闆r下，采用了雙電路和雙斷路器供電，但這些用電設(shè)備在其電路板內(nèi)部并沒有真正實(shí)現(xiàn)冗余功能。例如，雙電源工控機(jī)、自動(dòng)閉塞區(qū)間、站內(nèi)電碼化發(fā)送接收系統(tǒng)和聯(lián)鎖主板等設(shè)備在電路設(shè)計(jì)上已經(jīng)采用了雙路冗余供電策略。然而，這些設(shè)備在電路板內(nèi)部用電仍然相當(dāng)于是單一電源。它們簡單地將2路電源并聯(lián)以供設(shè)備運(yùn)行，這種方式雖然有效解決了線路開路問題，但對于短路、線路干擾及大電流反涌等問題的應(yīng)對能力卻相對不足。當(dāng)用電端的設(shè)備受到電氣干擾或發(fā)生短路時(shí)，電子元器件的損壞可能會(huì)導(dǎo)致設(shè)備發(fā)生故障。為了解決這個(gè)問題，需要更深入地思考用電端的冗余供電設(shè)計(jì)，以確保設(shè)備在各種異常情況下都能夠穩(wěn)定運(yùn)行。本文的目標(biāo)是為各類用電設(shè)備的制造商和設(shè)計(jì)者提供設(shè)備設(shè)計(jì)的指導(dǎo)思路。強(qiáng)調(diào)，除了滿足設(shè)計(jì)規(guī)范的要求之外，還應(yīng)在用電端充分實(shí)施雙路冗余供電策略。這不僅僅是為了滿足規(guī)范的要求，更是為了確保設(shè)備能夠安全可靠地運(yùn)行，為此，必須在電氣設(shè)計(jì)上打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

綜上所述，為了確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，我們不僅需要在供電端實(shí)施雙電源冗余，還必須在用電端采用相應(yīng)的雙路冗余供電策略，以有效地應(yīng)對各種可能出現(xiàn)的電氣干擾和故障情況，從而為設(shè)備的安全運(yùn)行提供全面的保護(hù)。

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