論LED鐵路信號機能否取代傳統透鏡式色燈信號機

李致飛

（中鐵二十一局 電務電化公司，甘肅　蘭州　730000）

論LED鐵路信號機能否取代傳統透鏡式色燈信號機

李致飛

（中鐵二十一局 電務電化公司，甘肅蘭州730000）

為保證鐵路信號燈光的可靠性，LED信號機正在被國際國內普遍使用，它以低耗能、高亮度、長壽命、施工維修方便等優點，越來越受到青睞，但它高昂的價格和自身存在的一些安全、光學、與現有點燈電路的兼容性等問題，能否完全取代傳統透鏡式色燈信號機，筆者從可靠性、技術條件、使用環境等多方面進行了比較分析。2003年鐵道部科技司組織有關單位制訂了《LED鐵路信號機構技術條件（暫行）》，統一了技術要求，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，并取得良好效果。研究旨在為鐵路工作者進一步研究提供理論基礎。

LED信號機；取代；透鏡式色燈信號機

1　LED信號機的發展背景

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

由于LED鐵路信號機自身的優點，國內已有多家企業研究和生產LED鐵路信號機，并有部分產品投放市場，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企業有上海鐵大、重慶達成鐵路器材公司等.

2　LED信號機的優點

LED信號機采用輕便、耐腐蝕的單燈鋁合金機構，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。相比傳統的雙燈雙絲燈泡和透鏡組，LED信號機具有以下優點。

2.1可靠性高

LED發光盤是用上百只發光二極管和數十條支路并聯工作的，在使用中就是有個別二極管或支路發生故障不會影響信號機的正常顯示，比之傳統燈絲信號機提高了信號顯示的可靠性。而傳統的燈絲色等信號機一般開始點燈使用1 000~2 000 h，才開始更換信號機燈泡。但LED發光盤壽命是傳統燈泡的50倍以上。

2.2節省電能

傳統燈絲信號機燈泡耗電為25 W，而LED發光盤的耗電量不足信號燈泡的1/5。綠色、環保已經成為LED自身的名片。

2.3壽命長

信號燈泡的壽命一般在點燃1 000～2 000 h需更換。目前LED發光盤可達5萬～10萬h。使用壽命時間長，幾乎成為免維護產品，大大提高了LED信號機在鐵路領域的競爭力。

2.4聚焦穩定，無需調試燈光

LED發光盤的聚焦在產品設計和生產中已經確定，現場無需調整，給現場維修和使用帶來方便。

3　LED信號機的缺點

（1）LED信號機價格昂貴，比之普通色燈信號機價格貴3～5倍。

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

（3）各生產廠家技術標準不統一。LED是新光源，其性能受環境條件、材料質量、生產工藝和電路設計影響較大。特別是每個生產企業突出自己產品的優勢或某一技術領域進行壟斷，生產出的產品各不相同。筆者建議各生產廠家應該統一標準、技術兼容。

4　LED信號機技術性能分析

LED信號機需滿足鐵道部頒發的《LED信號機構技術條件》《鐵路燈光信號顏色》等技術指標的規定。

4.1燈光顏色

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

4.2發光距離

發光強度決定發光距離，目前LED信號光源能夠滿足對遠距離（一般在1 000 m以上）發出燈光信號的。因為它是有多個發光二極管組合而成，不像單個燈絲信號機發出的光那樣聚合，所以有專家提出LED信號光源遠距離看不聚合，有待提高。

4.3抗干擾性能

LED信號機對環境條件非常敏感，交流感應、雷電防護、電磁干擾還需進一步研究和試驗，確保其穩定和鐵路行車安全。在正常環境下列車運行時，具有一定的抗干擾能力。

4.4故障判斷和報警

經現場多次試驗，當LED信號機顯示出現故障時能夠及時準確地報警。但光衰至某一特定量時，應能示警并具有應急功能，確保維修前能繼續顯示燈光。在故障判斷及報警方面，比之傳統燈絲信號機還存在不完善的地方，有待提高。

5　LED信號機的原理、技術指標

5.1電路原理

LED信號機是有信號機械室供出穩定的交流電源，經室外點燈單元變成直流電源供LED發光二極管使用。電路的基本形式是變壓器降壓和整流電路組成。LED發光二極管電路為串聯、并聯相結合設計，將數個發光二極管與限流電阻串在一起，再將8組上述發光二極管組并聯組成光源。

根據LED發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

計算機聯鎖系統通過接口柜驅動控制信號機的相應繼電器，信號機通過接口柜向聯鎖系統提供燈絲繼電器狀態信息，即聯鎖采集。室外信號機通過信號電纜與室內設備在分線盤銜接組成。

5.3報警方式

LED燈采用光衰報警方式報警，即光強度低于部標10%，點燈控制器提供報警輸出條件（模擬燈絲斷絲報警），而且報警狀態下LED信號機顯示距離仍然滿足鐵道部在新《維規》標準之內。抗干擾電壓不大于130 V，電源控制器無輸出，避免了信號機誤點亮發光。在燈盤電源輸入安裝了防雷元件，防止雷電侵入。

5.4LED信號機技術指標

（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）環境濕度：-40℃～+70℃

（5）相對濕度：不大于95%（+25℃）

（6）發光盤的光度性能符合TB/T2353《鐵路信號燈發光強度》的標準

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

6　LED信號機發展趨勢判斷

LED信號作為一種新型的信號光源，越來越多地被鐵路認可和使用。到底能否完全取代傳統燈絲色燈信號，完全取決于其自身的可靠性和實用性，隨著市場經濟的不斷發展，其自身價值和價格會在一個合理的區間發展。節能環保、長壽命、維修成本底等這些優勢注定其有長足的發展空間和市場空間。任何新生事物會有其自身的缺點，隨著時間的推移，LED信號機也將不斷完善自己，在智能化、與信號聯鎖兼容性、安全可靠性方面得到發展與改進，筆者有理由相信LED信號會逐步替代燈絲色等信號。

7　　結束語

自發光二極管即LED問世以來，迅速地應用到人們日常生活中，起到越來越重要的作用。但在鐵路信號中的廣泛應用，仍需要長時間的試驗、論證。目前，LED信號機無論結構、發光面積、光學性能、電源參數各不相同。急需有關部門組織專業人員盡快研究、制定LED信號機行業標準，制定統一技術要求。雖然機車信號和列控技術發展迅速，畢竟鐵路運營仍需要安全可靠的地面信號來做保障，而LED信號機在鐵路行業的應用也日漸凸顯。而且廣闊的的鐵路市場，能夠帶動LED在鐵路信號機方面的設計、研發，筆者有理由相信隨著LED技術的不斷提高，配套的電路設計、安全可靠地兼容技術會應用而生。

［1］ 王東華.鐵路色燈信號機采用LED的技術條件及建議［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技術現狀及展望［J］.照明工程學報，2000（12）：19-23.

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

［4］ 鮑璽.LED鐵路色燈信號機的光學設計［D］.上海：復旦大學，2006.

［5］ 方志良，劉福來，王湘暉，等.高亮度LED鐵路信號機光學系統研究［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，大學本科，工程師，主要研究方向：鐵路信號。