智能型信號電源屏研究與應(yīng)用

摘要本文針對現(xiàn)有使用信號電源屏在技術(shù)、性能方面存在許多不足和缺陷，提出了對信號電源屏實(shí)現(xiàn)智能化、模塊化高科技術(shù)的性能研究與應(yīng)用。

關(guān)鍵詞 電源屏 故障－安全 智能化 模塊化

中圖分類號：G312文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Study and Application of Intelligent Signal Power Supply Board

FU Chaowu

(Yongcheng Coal and Electricity CO.，LTD， Yongcheng， He'nan 476600)

AbstractAimed at the technology， performance insufficiencies and defects of existing signal power supply board， this paper analysed that signal power panel realize intelligent and modularization， and its application.

Key wordspower screen board; fault - safety; intelligent modularization

0 前言

鐵路信號電源是向信號設(shè)備提供交直流電源設(shè)備，在信號系統(tǒng)中處于重要位置，也是信號設(shè)備的心臟。如供電設(shè)備故障，中斷供電，將使整個(gè)車站信號設(shè)備癱瘓，影響安全行車范圍之大，是我們絕對不能忽視的問題。為此，信號設(shè)備對電源有較高的基本要求。

一是可靠性。供電電源的可靠性將直接影響信號設(shè)備的可靠性，提高電源系統(tǒng)中元器件的質(zhì)量和可靠性是提高信號電源可靠性的有力保證。

二是穩(wěn)定性。信號電源輸出電壓和波形以及交流頻率必須在允許波動(dòng)范圍內(nèi)，輸出電壓過高會(huì)使信號燈泡和電子設(shè)備壽命縮短，電壓過低會(huì)使電子元件誤動(dòng)作，頻率波動(dòng)過大會(huì)影響信號設(shè)備的頻率特性和抗干擾性能，造成信號設(shè)備不能正常運(yùn)用。

三是安全性。電源屏必須進(jìn)行系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)，符合故障—安全的原則，保證電源設(shè)備的安全。

1 普通信號電源屏存在的主要問題

我處各車站使用的信號電源屏均是普通型信號電源屏系列產(chǎn)品，不同程度存在許多技術(shù)方面的問題和不足之處，具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面；（1）電源系統(tǒng)龐大，內(nèi)耗大，浪費(fèi)嚴(yán)重，每個(gè)車站都是使用2-3個(gè)屏以上，占地面積較大。（2）綜合技術(shù)水平低，可靠性低，故障率高。（3）設(shè)計(jì)和技術(shù)缺陷，造成安全隱患存在。

一是兩路電源輸入切換瞬間斷電，影響信號系統(tǒng)正常工作，對行車安全造成隱患。目前，鐵路信號電源系統(tǒng)普遍采用雙路電網(wǎng)供電，但傳統(tǒng)信號電源的工作方式乃為一路主用一路備用，一旦電網(wǎng)發(fā)生故障或停電，需要由主用電源切換到備用電源供電，造成供電輸出的瞬間中斷，雖然通過改進(jìn)主、備用電源轉(zhuǎn)換時(shí)間遠(yuǎn)小于0.15S，但對于使用越來越廣泛的以微電子技術(shù)為核心的鐵路信號系統(tǒng)來說，供電的瞬間中斷都將影響信號設(shè)備的正常使用。

二是開關(guān)保護(hù)不能滿足供電系統(tǒng)繼電保護(hù)要求。電源上的開關(guān)，除了分合閘作用外，還有個(gè)重要作用是切斷過載和短路電流。如果開關(guān)整定值選擇不準(zhǔn)確，就會(huì)出現(xiàn)當(dāng)過流或短路電流出現(xiàn)時(shí)，不能及時(shí)準(zhǔn)確跳閘，致使該跳的不跳，不該跳的誤跳，起不到對設(shè)備的保護(hù)作用，甚至引起設(shè)備的電氣火災(zāi)。

三是輔助回路保護(hù)不完善。對控制、計(jì)量、檢測報(bào)警和保護(hù)等回路，沒有單獨(dú)的設(shè)置短路保護(hù)元件，運(yùn)行中一旦出現(xiàn)短路，就會(huì)產(chǎn)生以下兩種后果：（1）輔助回路產(chǎn)生短路電流使主回路保護(hù)開關(guān)跳閘，造成信號電源中斷，擴(kuò)大故障范圍。（2）當(dāng)輔助回路短路電流不足以使主回路開關(guān)跳閘或熔斷器熔斷時(shí)，就會(huì)造成主回路中繼電器接點(diǎn)熔焊、導(dǎo)線過載和溫度升高，甚至發(fā)生火災(zāi)。

四是屏體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，造成安全隱患。目前，使用的電源屏大多數(shù)采用敞開式結(jié)構(gòu)，屏后沒有門，屏與屏之間沒有側(cè)面板，使用人員可直接接觸到屏內(nèi)裸露的帶電導(dǎo)體，嚴(yán)重威脅維護(hù)人員的生命安全。另外，當(dāng)一些小動(dòng)物侵入屏內(nèi)，也極易造成系統(tǒng)短路或接地故障，甚至引起電氣火災(zāi)。

2 智能信號電源屏的概述

智能信號電源屏是以國際電工委員會(huì)和鐵路信號電源相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)，采用功率電子、微電子、計(jì)算、自動(dòng)控制、遠(yuǎn)程監(jiān)測等多項(xiàng)先進(jìn)、成熟的技術(shù)，進(jìn)行了整體化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、模塊化設(shè)計(jì)，使系統(tǒng)在人身安全保護(hù)、電氣火災(zāi)防護(hù)、過載短路保護(hù)、電磁干擾防護(hù)功能以及環(huán)保節(jié)能、系統(tǒng)隔離、微機(jī)監(jiān)測、信息網(wǎng)絡(luò)傳輸功能等方面，均得到了全面的改進(jìn)和提高，大大提高了電源設(shè)備的安全性、可靠性和現(xiàn)代化程度，實(shí)現(xiàn)了鐵路信號電源系統(tǒng)的智能化、網(wǎng)絡(luò)化、模塊化，全面體現(xiàn)了“高可靠、高安全、免維修、少維護(hù)”的宗旨。

所謂的信號電源智能化、就是采用先進(jìn)、成熟的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，對信號電源進(jìn)行遙測、遙信和遙控，實(shí)時(shí)監(jiān)測電源系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)、工作狀態(tài)、故障、記錄和處理相關(guān)數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)對電源系統(tǒng)的有效維護(hù)，達(dá)到分散供電、集中管理 ，少人或無人職守，使信號設(shè)備獲得最大的安全保證。

所謂信號電源的模塊化，就是采用高性能、高可靠的高技術(shù)電工電子技術(shù)產(chǎn)品，對信號電源進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)，是實(shí)現(xiàn)不同功能模塊的靈活組合，提高電源系統(tǒng)的可維性，可靠性和穩(wěn)定性。采用模塊式結(jié)構(gòu)，可方便靈活地組成各種規(guī)格的電源系統(tǒng)，使系統(tǒng)配置方便，便于生產(chǎn)、安裝；模塊采用插拔式結(jié)構(gòu)，使模塊可以在不影響負(fù)載供電的情況下迅速更換，使維護(hù)簡單化；模塊可根據(jù)需要設(shè)置成N+1并聯(lián)冗余和熱備份工作，提高電源系統(tǒng)工作可靠性和穩(wěn)定性。

3 智能電源系統(tǒng)的組成

智能電源系統(tǒng)是由電源和監(jiān)控兩大系統(tǒng)組成。

（1）電源系統(tǒng)：電源系統(tǒng)由兩路電源切換單元、穩(wěn)壓模塊、交流模塊、直流模塊組成。見圖1；

圖1電源系統(tǒng)組成框圖

（2）監(jiān)控系統(tǒng)：監(jiān)控系統(tǒng)由監(jiān)控單元和監(jiān)控管理計(jì)算機(jī)組成。采用分級分布式監(jiān)控方式，即現(xiàn)電源系統(tǒng)的每一面屏，都由獨(dú)立的控制單元完成其電量參數(shù)、非電量參數(shù)、接觸器和斷路器的開關(guān)，然后通過數(shù)據(jù)線完成與上位管理計(jì)算機(jī)的通信。見圖2：

圖2監(jiān)控系統(tǒng)組成框圖

4 在主要車站應(yīng)用智能型電源屏的可行性和必要性

通過在新橋、電廠兩車站應(yīng)用智能型電源屏一年來，運(yùn)用狀態(tài)非常理想，從未發(fā)生過任何故障和供電異常現(xiàn)象。實(shí)踐證明，應(yīng)用智能型電源屏勢在必行。

由于智能電源屏采用了智能化、模塊化、網(wǎng)絡(luò)化和可靠性設(shè)計(jì)、系統(tǒng)功能完善，滿足了現(xiàn)代鐵路運(yùn)輸行車生產(chǎn)需求和高科技術(shù)的發(fā)展需要，具備以下十項(xiàng)主要功能：

（1）兩路輸入電源的自動(dòng)和手動(dòng)轉(zhuǎn)換，自動(dòng)轉(zhuǎn)換時(shí)間小于0.15S，并有轉(zhuǎn)換報(bào)警功能。

（2）交流穩(wěn)壓電源內(nèi)部故障后可不間斷轉(zhuǎn)非穩(wěn)壓直供，保證信號設(shè)備的持續(xù)供電。

（3）功能模塊的變電、配電及隔離輸出，提高了供電安全性。

（4）功能模塊的熱插拔，電源模塊故障后可不斷電更換，不影響系統(tǒng)繼續(xù)供電，最大限度減少故障影響和損失。

（5）各功能模塊采取N+1冗余設(shè)計(jì)，主、備用及自動(dòng)轉(zhuǎn)換，系統(tǒng)可靠性大大提高，自動(dòng)切換時(shí)間小于0.15S。

（6）具有過流、欠壓、過熱等安全保護(hù)，提高電源設(shè)備器件的安全性和可靠性；。

（7）分散采集、集中監(jiān)測，對電源設(shè)備工作過程可實(shí)現(xiàn)遙測、遙信、遙控，形成對電源設(shè)備的當(dāng)?shù)亍⒑笈_(tái)及遠(yuǎn)程三位一體全方位監(jiān)控，即對連續(xù)變化的電壓、電流、頻率等模擬信號進(jìn)行取樣，對設(shè)備的運(yùn)行、開關(guān)的分合、接觸器的吸落等離散信號進(jìn)行監(jiān)測，還可由監(jiān)控主機(jī)發(fā)送控制信號，控制設(shè)備的運(yùn)行、停機(jī)、接觸器的吸落等。

（8）故障報(bào)警、故障定位和故障管理功能。

（9）系統(tǒng)防雷和電磁兼容，保證系統(tǒng)在供電電源質(zhì)量惡劣，電磁污染嚴(yán)重的環(huán)境中可靠工作。

（10）系統(tǒng)具備故障管理功能，對信號電源運(yùn)行異常情況進(jìn)行監(jiān)測、隔離和報(bào)告，包括告警監(jiān)測、故障定位和故障管理。當(dāng)異常情況發(fā)生時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出告警聲響提示，自動(dòng)顯示告警畫面、故障類型、位置和時(shí)間等信息，提供給信號維護(hù)人員，以便快速、準(zhǔn)確地處理。

5 結(jié)論

智能型電源屏運(yùn)用實(shí)踐證明屬實(shí)具備十大功能，完全滿足了信號設(shè)備可靠供電、維修以及技術(shù)管理的需求，提高了設(shè)備運(yùn)行的安全性和可靠性。使信號設(shè)備達(dá)到高效、安全保證鐵路運(yùn)輸生產(chǎn)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，為礦區(qū)鐵路提高鐵路運(yùn)輸效率和保證安全行車創(chuàng)造出可觀的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和良好的社會(huì)效益。

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