莊 維，凡振松，王 利

（1.卡斯柯信號有限公司, 北京 100070；2．上海市鐵路智能調度指揮系統(tǒng)工程研究中心，上海 200071）

電力系統(tǒng)是鐵路軌旁信號機房的最基本組成部分，也是鐵路運輸安全生產的基本保障，尤其是室內供電系統(tǒng)更是承載著鐵路信號設備穩(wěn)定運行和安全穩(wěn)定的控制功能。隨著信號設備的密集化、多功能化的發(fā)展，對電力穩(wěn)定的輸出有更嚴格的要求。下面以2009年開通的首條高速鐵路專線鄭西線洛陽龍門站為例進行探討。

1 機房信號設備系統(tǒng)既有工程概況

1.1 現(xiàn)狀調查

該站采用鼎漢廠家的第三代智能電源屏PZG系列。系統(tǒng)以自動控制為核心，技術上采用功率電子預熱電磁技術、使用高頻逆變開關電源穩(wěn)壓模塊（Power Factor Correction，PFC），設計上入口電源接外電網(wǎng)采用兩路三相交流電雙Y型切換輸入方式、先集中穩(wěn)壓后并聯(lián)輸出供電，同時模塊支持熱插拔。在電源工作過程中監(jiān)測模塊對各參數(shù)進行監(jiān)控，如有異常發(fā)出聲光報警。

該站智能電源屏按照功能由以下部分組成，系統(tǒng)示意如圖1所示。

1.2 雙電源的設備類型介紹

站內行車和調車作業(yè)安全的信號控制設備聯(lián)鎖系統(tǒng)、地面信號控制設備列控系統(tǒng)、集中調度控制車站CTC系統(tǒng)、軌道電路、通信機柜內的通信組匣（通信接口板）和安全數(shù)據(jù)網(wǎng)業(yè)務的交換機設備，運轉室內的聯(lián)鎖操作終端和CTC/TDCS車站終端都需要智能電源屏變壓器模塊二對二冗余模式雙路供電。單電源常見的故障表現(xiàn)為電源模塊內部故障、輸出電路器斷開、單電源破皮接地等。當電流電源欠壓時，電源模塊自動關機保護，需人工故障排除后才能重啟模塊恢復工作。當電流限流時，也會造成斷路器斷開而無電壓電流輸出。一旦影響行車的設備斷電，會引發(fā)惡性事故。

在不影響既有系統(tǒng)使用情況下，鄭西線雙電源改造受限于大修年限和工程量的超時風險，需在一個施工天窗點內完成。根據(jù)洛陽電務段提出的方案需求，本次改造涉及到上述信號子系統(tǒng)中TDCS/CTC、安全數(shù)據(jù)網(wǎng)和通信接口板3種設備的供電電源。單電源系統(tǒng)供電可靠性差，雙電源供電的改造勢在必行。

圖1 電源屏供電示意圖Fig.1 Schematic diagram of power supply of power panel

2 改造技術方案與分析

2.1 方案一：負載電源改成雙電源輸出

由于每個站使用電源屏機柜數(shù)不同，安裝使用的電源模塊數(shù)也不同。在不影響既有供電模塊工作前提下，以洛陽龍門站為例，在電源屏供電機柜上新增信號設備的二路電源模塊，即系統(tǒng)內部配電單元的二路負載輸出，同時開關電源模塊的額定功出電壓和電流有如下要求。

1）新增TDCS/CTC電源2模塊 AC220 V/10 A；

2）新增安全數(shù)據(jù)網(wǎng)電源2模塊 AC220 V/1.5 A；

3）新增通信組匣(通信接口板)電源2模塊AC220 V/7 A。

優(yōu)點：子系統(tǒng)設備輸入端市電可以直接接入電源模塊，電源模塊單獨處理，避免集中穩(wěn)壓帶來的共性失效問題。模塊采用“1+1”熱備份，可靠性高。同時監(jiān)控內容細分化便于用戶維護。

缺點：由于沒有在功率切換裝置控制，模塊的功率損耗高，效率低，并且外電故障還會引發(fā)設備系統(tǒng)斷電。

2.2 方案二：新增加系統(tǒng)外部UPS不間斷供電電源

在對電源有特別要求的信號系統(tǒng)中，以TDCS/CTC系統(tǒng)為例，采用電源屏和設備中間串聯(lián)一組不間斷供電設備UPS來滿足需求。本次設計探討擬采用雙套APC Smart-UPS RT 2000UXI型號240架裝式不間斷電源，電源主要功能是實現(xiàn)雙路UPS的負載自動切換供電，保證負載UPS 故障情況下能夠自動切換到備用UPS。雙套UPS故障或者UPS維護更換期間也可以切換為旁路由電源屏直接給CTC設備供電。UPS系統(tǒng)拓撲如圖2所示。

當CTC 系統(tǒng)I、II路正常供電，雙套UPS開機后，切換器自動選擇一路UPS輸出作為系統(tǒng)的電源，并對應該路的APC設備工作指示燈亮；當雙套UPS輸出都正常時，哪一套先輸出則選擇哪一套作為系統(tǒng)電源。UPS輸出電源優(yōu)先于旁路電源系統(tǒng)，只有在兩套UPS 輸出都沒有或都不正常時，才自動切換到旁路，并且旁路工作指示燈亮。

圖2 UPS系統(tǒng)拓撲圖Fig.2 Topology diagram of UPS system

優(yōu)點：保障電源供應的穩(wěn)定性，并應對外部突發(fā)斷電等異常情況下仍能保障設備正常運行，以便留有緩沖時間來應急處理斷電故障。同時，利用既有排架報警盒盯控斷路器閉合情況，傳給監(jiān)測系統(tǒng)便于日常巡檢。

缺點：UPS系統(tǒng)關聯(lián)設備多，需要額外的空間來安裝，不利于空間不足的系統(tǒng)設備中，另外成本大，對于沒有必要的設備可選擇其他供電方式。

2.3 方案實施設計

整合上述兩種設計方案保障設備供電的可靠性，如圖3改造設計中雙虛點劃線所示。CTC車站分機系統(tǒng)設備在電源屏輸出端新增高頻逆變開關電源穩(wěn)壓模塊，在機柜輸入端加裝UPS不間斷電源和雙電源切換裝置系統(tǒng)，使得在一路供電異常后可以不影響設備工作下自動切換另一路供電。當兩路供電都異常后，啟用外接UPS電源可在短時間斷電內仍保障設備系統(tǒng)正常工作。

通信機柜內的通信組匣（通信接口板），受限于機柜內部空間影響，接口板已經(jīng)是雙套板冗余工作，只增加兩個板子的二路電源供電即可，不需提供UPS系統(tǒng)，監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測供電模塊的空開狀態(tài)。

安全數(shù)據(jù)網(wǎng)業(yè)務的交換機設備，內部自帶切換和穩(wěn)壓控制，不需要額外提供UPS系統(tǒng)，需增加二路電源模塊輸入即可，監(jiān)測系統(tǒng)增加盯控電源屏模塊輸入端斷路器的開閉狀態(tài)。

以洛陽龍門為例，改造原理結構如圖3所示。

3 監(jiān)測雙電源供電系統(tǒng)

當改造過后應當對雙電源設計技術方案進行檢驗，包括人為斷電，耗時斷電和故障斷電。查看電源屏報警顯示器是否有報警提示和聲響，此視為一級監(jiān)控；并且電源屏報警信息通過RS-485串口線發(fā)送報警信息給監(jiān)測站機進行后臺監(jiān)控，以共線通信通道方式進行集中組網(wǎng)監(jiān)測，控制中心集中監(jiān)測系統(tǒng)調閱遠程監(jiān)測終端，查看是否有電源屏報警一級報警記錄和報警內容。并且在模擬量上能準確顯示新增二路的電壓值和電流值，實現(xiàn)遠程實時動態(tài)監(jiān)測和管理，此視為二級監(jiān)控。

圖3 改造原理結構圖Fig.3 Structural diagram of reformation principle

4 結束語

經(jīng)過探討鄭西線洛陽龍門站信號機房的雙電源改造技術方案，認為方案三提到的CTC信號設備系統(tǒng)改造用雙電源控制具有可行性。在正常情況下，兩路電源同時供電，各承擔50%的負荷，當任何一路電源斷電時，可自動轉成另外一路承擔全部負荷，即使兩路電源都斷電，也能在一定時間內保證設備的正常工作，能有效的解決單電源供電的不穩(wěn)定性問題，并且在監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)控下，不僅實時盯控雙電源輸出的工作狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)問題解決問題，還能減輕維護人員的工作量，保證系統(tǒng)可靠、穩(wěn)定的運行。具有對鄭西全線雙電源改造工程具有普遍指導意義。