電源屏兩路電源切換電路故障的分析及改進措施

顧建春 中國鐵路上海局集團有限公司上海電務段

目前鐵路信號設備電源均有兩路可靠冗余供電，如果當其中I路電源發生故障，能有效切換倒II路使用，并不影響信號設備正常使用。但目前部分電源屏在控制這兩路電源切換的電路中存在一定問題，一旦電源切換的電路本身發生故障，極易造成兩路電源全部斷供，形成信號設備失電危害。

本文主要針對現場實際運用中發現的典型案例，通過分析研究，改進電源屏兩路電源切換電路的結構，提高電源屏供電可靠性，確保信號設備安全。

1 問題案例分析

某站信號電源屏I/II 路電源突然發生同時停電，導致全站軌道電路紅光帶、信號機滅燈，經現場處理人員應急使用直供后恢復正常，影響時間較長，打亂了列車的正常運行秩序。

1.1 現象確認

出現電源屏I/II 路電源同時斷電現象后，立即組織現場人員從信號集中監測曲線、報警信息及現場設備排查等入手，進行深度分析查找，發現如下現象：

一是從微機監測中發現電源屏I/II 路輸入電壓同時降至0 V，外電網電壓正常。調閱同一時間段電源屏所有電壓均降至0 V，瞬間無電輸出，造成全站軌道電路紅光帶、信號機滅燈故障。

二是外觀檢查中發現用于電源切換的兩路交流接觸器均處于落下斷開狀態，用于控制這兩路交流接觸器的PDB 板有1個指示燈滅燈。

1.2 原因分析

從該電源屏切換電路原理進行分析，I/II 路電源切換電路是由PDB 板件、切換按鈕及交流接觸器勵磁線圈組成。PDB 板控制I/II 路切換采用高壓吸合、低壓保持工作原理，即在交流接觸器利用輸入電壓高壓瞬間吸合，然后利用常閉輔助觸點串聯原理，吸合后立即切斷高壓，經阻容元件續流轉由低壓保持信號（10 V-13 V 直流），一直加載到交流接觸器線圈，利用電磁保持原理使交流接觸器繼續保持吸合狀態。電源屏系統原理圖見圖1。

圖1 電源屏系統原理圖

通過上述兩個現象，基本可以判斷用于控制兩路交流接觸器的PDB 板出現故障停止工作，造成了I/II 路交流接觸器均無法保持吸合，導致全站停電故障發生。

進一步對PDB 板件測試情況分析，發現起續流作用的電解電容C309、C307老化失效（見圖2），容值基本干涸消失，造成交流接觸器吸合后無法保持，導致斷電情況發生。該板件無冗余設備，出現故障后直接導致電源屏兩路停電，電源屏冗余切換電路結構設計存在一定問題。

圖2 PDB板件部分原理圖

2 解決方案

經過分析我們發現輔助電源用于PDB 切換板運放、比較器、數字電路、交流接觸器維持電路的供電，由于輔助電源供電方式只有一路供電，所以一旦PDB 發生不良，直接導致兩路電源交流接觸器無法正常工作，形成了典型的“假兩路”電源。也是本次案例中為何單一元器件故障會導致全站兩路電源同時斷電的主要原因，因此需要改進輔助電源供電方式來提高PDB工作的可靠性。

PDB 板供電方式具體改進方案：將原來的一路輔助電源單獨供電，改成兩路輔助電源冗余供電，輸入兩路AC220 V經整流橋整流及電容濾波電路輸出DC310V，經反激式開關電源隔離輸出兩路電源，分別是VCC11、VCC22、VCC31、VCC32、VE11、VE22（見圖3、圖4），通過隔直二極管輸出VE、VCC、VCC1 用于后級芯片供電，VE 維持接觸器吸合（見圖5）。使用并聯冗余雙輔助電源供電，提高產品可靠性及穩定性。

圖3 第一路輔助供電

圖4 第二路輔助供電

3 效果驗證

通過優化PDB 板件切換電路供電方式，由原來的一路輔電改為兩路獨立輔電進行供電，以此來提高板件工作可靠性。

上述電路修改方案得到了設計及專業廠家的認同，通過相關批復后，在現場進行了電路修改試驗。試驗結果證明，因主要板件單一故障導致電源屏雙路電源故障的情況得到有效杜絕，且操作性強，易于實現。