一種應用PLC的鐵路防災雙電源箱

凌 震 （安徽智行建設工程有限公司，安徽 合肥 231100）

1 引言

隨著我國高速鐵路的不斷發展，高速鐵路的安全運行“責任重于泰山”。由于我國幅員遼闊，地理環境多變，因此決定了高速鐵路的運行環境常常受到大風、雨雪、泥石流、地震等自然災害以及其他外界破壞因素的威脅，而通過技防做好風險防控工作是確保高鐵安全運行的有效手段。

鐵路防災安全監控系統建立了完整的高速鐵路外界環境監控平臺，可提前預警，成為確保列車可靠運行的重要基礎裝備之一。鐵路防災安全監控系統的可靠運行，決定了對防災監控系統設備進行可靠供電成為了關鍵環節，本文通過PLC技術在鐵路防災雙電源箱的應用，探討解決了可靠供電的一種方法。

2 防災電源供電系統和控制要求

鐵路防災安全監控系統設有2套UPS電源設備進行冗余供電，引入兩路AC220V工頻交流電源。為提高供電可靠性，需設置帶自動切換功能的雙電源箱對其進行供電。防災雙電源箱接入的兩路低壓交流電源應相對獨立，由于鐵路防災設備機房與鐵路通訊機房合建，所以其兩路電源一般由通訊電源防雷箱電源側并聯接引。

防災設備電源箱的一次供電系統見圖1所示。

圖1 鐵路防災設備雙電源供電系統圖

防災雙電源投入運行時，1-3QF低壓斷路器及1-2QA低壓負荷開關都處于閉合位。當兩路電源都正常時，電源接觸器1-2KM得電閉合，聯絡接觸器3KM失電斷開，兩路電源分別對防災系統的2套UPS電源設備獨立供電。

當其中一路電源失電時，故障電源接觸器（1KM或2KM）斷開后，聯絡接觸器3KM得電吸合,另一路正常電源同時對防災系統的2套UPS電源設備進行供電。當電源故障消除后，聯絡接觸器3KM失電斷開，先前斷開的故障電源接觸器（1KM或2KM）又得電吸合，恢復兩路交流電源獨立供電。

當負荷故障造成低壓斷路器（1QF或2QF）保護跳閘時，閉鎖聯絡接觸器3KM得電動作，不使故障負荷造成另一路電源保護跳閘,從而不擴大供電故障，確保了防災UPS電源系統的冗余供電。

3 電氣自動控制系統

3.1 二次控制原理

防災雙電源投切控制須滿足以下的技術要求：

①手自動控制方式可選，自動控制采用自投自復方式；

②接觸器1KM-3KM間應具有可靠電氣聯鎖，防止電源合環；

③檢測2路電源的電氣參數，可設定保護功能和參數，滿足供電質量要求；

④負荷故障造成電源失壓時，閉鎖聯絡回路不自投。

根據上述技術要求，設計的二次電氣控制線路：

防災雙電源的投切控制分為“手動”和“自動”2種工作狀態，通過手動轉換開關SA來選擇。自動狀態在正常工作時使用，采用PLC編程實現自動控制功能；手動狀態為檢修、調試及故障應急工作時，人工現場控制使用。

2路電源和聯絡接觸器的投切由獨立的二次回路分別控制，接觸器1KM-3KM間設電氣聯鎖，具有“3合2”邏輯關系。在“手動”工作狀態時，通過手動旋鈕1SB-3SB，控制接觸器1KM-3KM動作；在“自動”工作狀態，通過PLC邏輯控制的1KA-3KA中間繼電器動作，控制接觸器1KM-3KM自動進行投切動作，實現雙電源雙負荷的自動供電。指示燈顯示電源的工作狀態。

3.2 電源參數檢測

對2路電源的電氣參數檢測，采用專用的電源保護繼電器。其具有過欠壓、相序、缺相、三相電壓不平衡等檢測功能，其檢測參數、保護功能投切可人工現場設定，并有故障記錄功能可供查詢。相比普通繼電器，具有功能完善、檢測可靠、簡化接線等優點。

圖2 雙電源狀態檢測原理圖

電源故障時，電源保護繼電器提供保護動作輸出的開關量信號,可接入PLC作為電源狀態輸入信號。

3.3 自動控制PLC的選擇

根據上述硬件電路的控制要求，PLC輸入點8個，輸出點6個，采用小型PLC編程即可滿足自動控制要求。本次選擇西門子公司的S7-200系列小型PLC為例。

PLC的工作電源取自2路電源切換出的AC220V聯絡回路控制電源，其控制接線見圖3所示。

圖3 PLC控制原理圖

PLC的I/0分配地址見下表。

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4 PLC控制程序設計

4.1 程序流程圖

①主程序流程圖，見圖4所示。

圖4 主程序流程圖

②子程序1流程圖，見圖5所示。

圖5 子程序1流程圖

③子程序2流程圖，見圖6所示。

圖6 子程序2流程圖

4.2 PLC邏輯控制程序

5 結語

采用繼電器控制雙電源投切，控制方式固定，存在切換不夠快速、可靠性差、維護量大，很大程度上影響著供電的可靠性。而基于PLC控制的雙電源投切，可以在不改變二次控制的接線，而根據不同的使用控制要求，編寫相應的控制程序寫入PLC即可；其可靠性高、操作方便、動作迅速、外部接線簡單，還可以設置邏輯閉鎖和故障判斷功能。

此鐵路防災雙電源箱在安徽合肥南環線防災系統得到應用。2014年投運至今，設備運行穩定，滿足了鐵路防災系統電源的使用要求。