編組站自動(dòng)化信號(hào)系統(tǒng)設(shè)備電源設(shè)置方案探討

徐紅新

（中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司 湖北武漢 430063）

1 問題提出

自成都北編組站的CIPS和新豐鎮(zhèn)編組站的SAM自動(dòng)化系統(tǒng)開通以來，我國鐵路各編組站均相繼完成或正在實(shí)施自動(dòng)化改造，編組站發(fā)展進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)化、信息化、自動(dòng)化的歷史新階段，系統(tǒng)集成度大幅提高。一般車站信號(hào)系統(tǒng)都有一個(gè)天窗修時(shí)間，其故障影響范圍相對(duì)較小。而編組站自動(dòng)化系統(tǒng)是一個(gè)高度集成的系統(tǒng)，任一作業(yè)環(huán)節(jié)停電都會(huì)影響到自動(dòng)化系統(tǒng)的正常運(yùn)行。設(shè)于編組站站調(diào)樓的信號(hào)控制集中系統(tǒng)是控制整個(gè)編組站的神經(jīng)中樞，其電源屏要保證7 d／24 h給信號(hào)控制集中系統(tǒng)連續(xù)供電。早期開通的編組站沒有考慮到信號(hào)控制集中系統(tǒng)的電源屏停電檢修，電源屏停電檢修時(shí)導(dǎo)致整個(gè)編組站作業(yè)停擺。因此，需要針對(duì)性改進(jìn)電源屏供電設(shè)置方案，從而更好地滿足現(xiàn)場作業(yè)需要［1－3］。

2 信號(hào)電源屏供電系統(tǒng)設(shè)置方案

信號(hào)電源系統(tǒng)一般由切換屏、UPS、電池屏和輸出屏組成，電源屏供電有以下三種設(shè)置方案：

（1）單 UPS供電方案

單UPS電源屏供電方案供電原理如圖1所示。該方案電源屏只配套1臺(tái) UPS及電池組。優(yōu)點(diǎn)是產(chǎn)品結(jié)構(gòu)簡單，投資較節(jié)省；缺點(diǎn)是由于 UPS和電池組都沒有冗余，當(dāng)UPS或電池組故障時(shí)會(huì)導(dǎo)致負(fù)載停電。為克服此弊端，一般在 UPS發(fā)生故障時(shí)進(jìn)行旁路處理，但旁路直供方案只能保證UPS或電池組故障時(shí)的應(yīng)急供電，不能保證外電源停電時(shí)負(fù)載正常供電。目前此供電方案在國鐵上應(yīng)用較少，僅在地鐵中有應(yīng)用［4－5］。

圖1 單UPS電源屏供電原理

（2）雙UPS單總線冗余供電方案

雙UPS并聯(lián)電源屏供電方案供電原理如圖2所示。該方案電源屏配套2臺(tái)UPS及電池組，由2套UPS并聯(lián)接入輸出屏給負(fù)載供電。該方案為一般車站電源屏最常用的供電方案，UPS和電池屏都冗余設(shè)置，當(dāng)其中1臺(tái)UPS或電源屏故障時(shí)，故障設(shè)備自動(dòng)離線隔離，能滿足負(fù)載不間斷供電要求。但該方案僅電源輸入端冗余，輸出只有1條總線，輸出總線故障時(shí)會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)供電中斷［6－7］。

圖2 雙UPS并聯(lián)電源屏供電原理

（3）雙UPS雙總線冗余供電方案

雙UPS雙總線電源屏供電方案供電原理如圖3所示，為雙UPS單總線冗余供電方案的改進(jìn)版。該方案需要設(shè)置2臺(tái)切換屏，投資比雙UPS單總線冗余供電方案略高。圖2方案由于UPS輸入端和輸出端均并聯(lián)，當(dāng)UPS輸入端或輸出端短路時(shí)會(huì)導(dǎo)致負(fù)載供電中斷，因此，將2臺(tái)UPS的輸入和輸出總線均獨(dú)立開來，單電源負(fù)載設(shè)2個(gè)模塊，模塊輸出并聯(lián)給負(fù)載供電；雙電源負(fù)載由2條總線分別給負(fù)載供電。此方案一般用于國鐵大型客站和樞紐車站。

圖3 雙UPS雙總線電源屏供電原理

3 編組站自動(dòng)化信號(hào)電源設(shè)計(jì)

鐵路車站信號(hào)設(shè)備供電基本上均采用智能電源屏，根據(jù)《鐵路駝峰信號(hào)及編組站自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》（TB 10069—2017）要求，信號(hào)樓及站調(diào)樓均應(yīng)采用UPS供電，UPS宜冗余設(shè)置。

編組站各場（站）信號(hào)設(shè)備采用1套電源屏供電，由切換屏、輸出屏、UPS和電池屏組成，其中UPS和電池屏為雙套配置，電源屏供電原理可采用雙UPS單總線冗余供電方案。該配置方案可保證其中1臺(tái)UPS或電池組故障時(shí)負(fù)載不斷電，各場（站）一般都有天窗維修點(diǎn)，該電源屏配置方案經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，可滿足現(xiàn)場作業(yè)需要［8－10］。

編組站站調(diào)樓信號(hào)控制集中系統(tǒng)供電要求高于其他車站（場），以下重點(diǎn)介紹信號(hào)控制集中系統(tǒng)供電設(shè)計(jì)方案。

3.1 用電需求

自動(dòng)化編組站站調(diào)樓信號(hào)控制集中系統(tǒng)設(shè)備主要有數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)器、接口服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、接口機(jī)、工作站、維護(hù)終端、外部設(shè)備等，根據(jù)其負(fù)載用電特點(diǎn)可以分為兩類：

（1）不可停電類

包括核心服務(wù)器、接口機(jī)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等，此類設(shè)備停電后會(huì)造成整個(gè)系統(tǒng)無法正常工作，影響范圍廣，一般均為雙機(jī)冗余，采用雙路電源供電。

（2）可短暫停電類

包括大屏、終端設(shè)備、維護(hù)設(shè)備、監(jiān)測設(shè)備等，此類設(shè)備停電不會(huì)造成數(shù)據(jù)丟失、系統(tǒng)停擺，但會(huì)導(dǎo)致部分設(shè)備無法正常使用，此類設(shè)備一般為單機(jī)，采用單路電源供電。

3.2 電源屏供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

編組站自動(dòng)化信號(hào)控制集中系統(tǒng)是整個(gè)編組站的控制中樞，必須7 d／24 h連續(xù)工作。在電源屏供電設(shè)計(jì)時(shí)不僅要考慮電源屏本身故障時(shí)的冗余，還應(yīng)考慮電源屏停電檢修對(duì)系統(tǒng)供電的影響。因此，編組站站調(diào)樓的信號(hào)控制集中系統(tǒng)可設(shè)2套電源屏雙總線供電，對(duì)于雙電源負(fù)載由2套電源屏分別提供1路電源；對(duì)于單電源的負(fù)載，在2套電源屏的2條輸出總線之間設(shè)1臺(tái)靜態(tài)轉(zhuǎn)換開關(guān)（STS），2條輸出總線經(jīng)STS切換后給單電源負(fù)載供電，以保證單電源負(fù)載也有2路電源冗余供電。電源屏供電原理如圖4所示。

圖4 編組站自動(dòng)化信號(hào)控制集中系統(tǒng)電源屏供電原理

3.3 電源屏配置

編組站信號(hào)控制集中系統(tǒng)設(shè)備供電為一級(jí)負(fù)荷，設(shè)智能電源屏供電，由外電網(wǎng)提供兩路獨(dú)立電源通過防雷開關(guān)箱引入至電源屏。信號(hào)控制集中系統(tǒng)設(shè)備的電源屏由穩(wěn)壓切換屏、STS、輸出屏、電池屏和UPS組成。UPS蓄電池的供電時(shí)間應(yīng)不小于 30 min［11－12］。

（1）穩(wěn)壓切換屏

穩(wěn)壓切換屏的作用是對(duì)外電源進(jìn)行穩(wěn)壓，并對(duì)兩路電源進(jìn)行切換，當(dāng)一路停電時(shí)自動(dòng)切換到另一路，保證電源屏輸入不間斷。切換屏應(yīng)按雙套設(shè)計(jì)，2套切換屏從電源防雷箱并聯(lián)接入到Ⅰ、Ⅱ路外電源上。

（2）UPS及電池組

每套切換屏的UPS及電池組均按雙套設(shè)計(jì)，2套切換屏共需對(duì)應(yīng)設(shè)置4臺(tái)UPS及電池組，這樣其中1套切換屏停電檢修時(shí)仍有2臺(tái)UPS及電池組在線后備。當(dāng)其中1套電源屏的UPS及電池故障時(shí)另1套電源屏仍正常工作，不會(huì)造成系統(tǒng)斷電。

（3）STS

對(duì)于可短暫停電的單機(jī)設(shè)備，其供電采用一路電源，如果直接由其中1套切換屏供電，則當(dāng)該切換屏停電檢修時(shí)會(huì)造成負(fù)載停電，雖然不影響信號(hào)控制集中系統(tǒng)數(shù)據(jù)丟失，但會(huì)造成部分系統(tǒng)外部設(shè)備停擺影響作業(yè)。因此，設(shè)置1套STS，STS故障率很低，無需停電檢修，可實(shí)現(xiàn)毫秒級(jí)切換，切換時(shí)不會(huì)造成單電源負(fù)載設(shè)備停電。即使STS損壞需要更換，也只影響到外部終端設(shè)備的正常使用，不會(huì)影響系統(tǒng)核心設(shè)備。

（4）輸出屏

輸出屏為信號(hào)設(shè)備提供交流220v電源，應(yīng)設(shè)置2臺(tái)輸出屏，但這2臺(tái)輸出屏不是互備關(guān)系。對(duì)于雙電源負(fù)載，由2套輸出屏分別給A、B機(jī)供電，保證其中1臺(tái)輸出屏故障時(shí)雙機(jī)設(shè)備還能單機(jī)工作；對(duì)于單電源負(fù)載，應(yīng)按用電負(fù)荷均勻分配至2臺(tái)輸出屏中，目的是為了保證2套切換屏輸出功率盡量平衡。

3.4 信號(hào)控制集中系統(tǒng)的電源屏容量計(jì)算

信號(hào)控制集中系統(tǒng)設(shè)備包括機(jī)房設(shè)備、調(diào)度大廳終端設(shè)備、系統(tǒng)維護(hù)設(shè)備、監(jiān)測設(shè)備等，電源屏容量應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)設(shè)備構(gòu)成種類、數(shù)量計(jì)算，可按照以下參數(shù)計(jì)算（不同廠家設(shè)備可能會(huì)有區(qū)別），具體計(jì)算參數(shù)如下：

小型機(jī)額定功率約為：1 725 W；

服務(wù)器的額定功率為：500 W；

工控機(jī)的額定功率為：300～400 W；

交換機(jī)額定功率為：50～150 W；

液晶顯示器額定功率為：330 W；

背投屏額定功率為：396～792 W（不同類型的屏可能區(qū)別較大）。

（1）大屏幕顯示墻

不同編組站的站形和功能需求略有不同，大屏幕顯示墻一般由14～16塊80英寸背投屏組成，大屏總功耗應(yīng)根據(jù)其拼接數(shù)量計(jì)算。

（2）值班員監(jiān)控終端

每個(gè)信號(hào)調(diào)度臺(tái)上的所有顯示器可采用1路電源供電，容量根據(jù)顯示器數(shù)量計(jì)算。

（3）數(shù)據(jù)庫機(jī)柜、網(wǎng)絡(luò)通信機(jī)柜、集中控制機(jī)柜、終端機(jī)柜、接口機(jī)柜、聯(lián)鎖上位機(jī)柜等核心機(jī)柜設(shè)備一般為雙機(jī)熱備，每臺(tái)機(jī)柜采用2路獨(dú)立電源供電，容量應(yīng)根據(jù)機(jī)柜中服務(wù)器、工控機(jī)等設(shè)備數(shù)量計(jì)算。

（4）系統(tǒng)維護(hù)機(jī)柜

系統(tǒng)維護(hù)機(jī)柜內(nèi)一般設(shè)置電務(wù)維護(hù)工控機(jī)、網(wǎng)管／防毒工控機(jī)、施工臺(tái)工控機(jī)等設(shè)備，該機(jī)柜設(shè)備為單套設(shè)備，采用1路電源供電。

（5）集中監(jiān)測機(jī)柜

集中監(jiān)測機(jī)柜主要對(duì)外電網(wǎng)和電源屏進(jìn)行監(jiān)測，該機(jī)柜額定功率按2 200 W考慮，采用1路電源供電。

（6）機(jī)房維護(hù)終端

包括集中控制維護(hù)終端、網(wǎng)管維護(hù)終端、調(diào)機(jī)自動(dòng)化維護(hù)終端、聯(lián)鎖維護(hù)終端等，用電量根據(jù)終端數(shù)量計(jì)算，采用1路電源供電。

（7）施工臺(tái)終端

一般在調(diào)度大廳或其余房間設(shè)施工要點(diǎn)聯(lián)絡(luò)臺(tái)，施工臺(tái)終端可由電源屏供電，也可就近用普通照明電。

（8）車間及工區(qū)信號(hào)集中監(jiān)測終端用電計(jì)算

車間及工區(qū)集中監(jiān)測終端可以由電源屏供電，也可以就近用照明電，若車間／工區(qū)的監(jiān)測終端距電源屏較遠(yuǎn)，建議就近用照明電。

根據(jù)以上計(jì)算原則，參照已開通編組站的實(shí)際用電量，信號(hào)控制集中系統(tǒng)每套電源屏容量一般為60 kW左右，外電網(wǎng)Ⅰ、Ⅱ路電源供電容量均應(yīng)為80 kW左右。

4 結(jié)束語

株洲北編組站自動(dòng)化改造時(shí)發(fā)揮后發(fā)優(yōu)勢，吸取了以前編組站改造的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，對(duì)編組站自動(dòng)化信號(hào)控制集中系統(tǒng)電源屏供電進(jìn)行了方案優(yōu)化改造。采用2套電源屏雙總線供電后，系統(tǒng)供電可靠性得到了較大提升，除非遇到外電網(wǎng)Ⅰ、Ⅱ路同時(shí)停電且電池電量耗盡的極端情況，基本可保證信號(hào)控制集中系統(tǒng)7 d／24 h不斷電。株洲北編組站自2017年開通以來，沒有發(fā)生因電源屏停電影響設(shè)備運(yùn)行的情況，應(yīng)用效果良好，后續(xù)編組站自動(dòng)化設(shè)計(jì)可借鑒該電源設(shè)計(jì)方案。