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信号电源设计手册

北京鼎汉技术股份有限公司

信号电源设计手册

第一节概述

电源屏是信号设备供电的电源设备，根据使用设备的用途及电源种类不同可分为计算机联锁电源屏、电气集中电源屏、区间电源屏、驼峰电源屏、提速道岔电源屏、25Hz轨道电路电源屏，或综合电源屏（上述电源屏的组合）。

随着铁路信号技术的发展，特别是客运专线的建设，信号电源系统近年也得到了迅猛的发展，新一代电源屏基本实现智能化、综合化、模块化，其实现各功能的器材大量采用了新技术、新科技，电源屏的选用也不在以单一的功能屏组合，而是以车站内信号所有用电设备的电源种类需求和容量统一配置组成一套综合屏。

信号电源的设计选用也随之改变，从过去设计者对电源屏整屏的选用，开始演变为设计者对电源种类设置和容量的计算，供应商据此配置电源屏内部电源。

综合电源屏是按照设计者提供的电源种类和用电量，由供应商以模块化结构组合配置而成。

智能化既可综合屏实现、也可对某种单一功能屏实现。

智能化主要体现为：

智能切换，智能监控，故障自诊断。

第二节车站及区间电源屏

一、用途

车站电源屏用于车站联锁设备的供电（含提速道岔），也用于计算机监测设备、CTC/TDCS、列控中心等设备的供电。

按照其种类细分一般有继电联锁电源屏、计算机联锁电源屏、提速道岔电源屏、25Hz轨道电路电源屏。

区间电源屏用于区间自动闭塞设备的供电，也用于计算机监测设备、CTC/TDCS、列控中心等设备的供电。

一般按照容量区分。

中继站电源屏供电类型与区间屏相似，也属于区间屏范畴。

对于新建信号设备的车站一般应选用智能型、综合电源屏，综合电源屏应能提供所有信号设备的用电，包括联锁设备、提速道岔设备、25Hz轨道电路、区间自动闭塞设备、计算机监测设备、CTC/TDCS、列控中心、计轴设备等。

二、组成

1、联锁电源屏

普通非智能电源屏一般以车站纳入联锁的道岔数量不同，组成不同，按用电容量分大站电源屏、中站电源屏、小站电源屏。

智能电源屏以模块为基本组成单元，可以根据需要组成功率规格不同的系统，因此可以灵活配置，而大站、中站、小站的概念已经不再适用。

具体功率值按照实际需求配置。

按照普通非智能电源屏概念，一套完整的联锁电源屏按照其功能模块分调压部分、转换部分、交流部分、直流部分。

在智能电源屏的配置框架下，稳压单元全部分散到各个模块内，传统意义的调压单元已经不存在。

一套完整的智能信号电源屏，按结构分切换单元、直流模块、交流模块、监控模块，各部分可以在机柜内灵活组合搭配。

切换单元需实现两路外电网的自动、手动转换，并且可以设置外电网的优先级，优先使用供电质量较好的输入电源。

直流模块和交流模块本身具备稳压功能，根据配置的需要，可以实现并联均流输出或切换互锁输出。

系统内任何一台直流模块（或交流模块）故障，都不得影响系统各路电源输出。

监控模块可以显示系统工作状态、输入电源参数以及输出电源参数。

当系统发生故障时，监控模块可以指示故障位置，便于信号人员查找维修。

联锁电源屏包含最基本的地面信号设备供电单元：

继电器电源、信号机点灯电源、道岔表示电源、轨道电路电源、转辙机电源、计算机电源或控制台表示电源。

上述供电单元容量与站场规模有一定关系，即根据站场道岔组数可以确定一套联锁屏的容量。

具体容量选择方法参考“三、电源容量”。

2、提速道岔电源屏

提速电源屏是针对近年提速线路大量安装交流转辙机，交流转辙机用电量大而增加的专门用于提速道岔交流转辙机的电源屏。

提速电源屏在结构上包含切换单元、380Vac电源模块、监控模块。

切换单元的功能与联锁电源屏功能相同。

提速电源屏输出电源规格单一，AC380V，只需输入输出隔离，电压范围与输入电源波动范围相同，不需稳压。

根据每站的交流转辙机数量不同，分类，如10KVA，15KVA等。

具体容量选择方法参考“三、电源容量”。

3、25Hz轨道电路电源屏

专门用于站内25Hz相敏轨道电路的轨道220V电源和局部110V电源的供电，且保证轨道220V电源和局部110V电源相位相差90度。

25Hz电源屏可以配置独立的切换系统和监控模块，也可以不配置。

当25Hz电源屏未配置切换系统和监控模块时，必须与车站其它电源屏配合使用，共用切换系统和监控。

根据现场轨道区段数不同，各站配置的25Hz电源屏容量也不相同。

智能电源屏25Hz电源模块可以组成各种功率规格。

25Hz电源屏输出220V轨道电源和110局部电源，具体容量选择方法参考“三、电源容量”。

4、区间电源屏

专门用于区间自动闭塞设备的供电。

主要功能是完成两路外电的稳压、切换，提供区间轨道电路、通过信号机点灯等设备供电。

区间自动闭塞采用的轨道电路类型不同，供电种类有差异。

车站集中区内，区间轨道电路的数量不同，其电源屏的容量不同。

根据具体用电需求，确定具体的配置。

区间电源屏输出区间继电器电源、区间信号点灯电源以及区间闭塞电源。

区间闭塞设备不同，闭塞电源规格也不相同。

区间闭塞设备采用ZPW2000A时，配置24Vdc；区间闭塞设备采用18信息发送器时，配置48Vdc；区间闭塞设备采用计轴设备时，配置220Vac，或计轴厂家要求的特殊规格电源。

具体容量选择方法参考“三、电源容量”。

5、综合电源屏

是根据一个车站各种信号设备的电源需求，统一配置一套电源屏。

也是新建车站信号设备应优先采用的电源屏。

对应不同信号设备的电源需求，通过屏内不同的功能模块完成供电。

综合电源屏一般都具有智能化的功能。

根据车站信号设备的种类和用电容量不同，一套综合电源屏的机柜数目也不相同。

根据需要，综合电源屏可以包含上述多种电源，并且配置超出传统意义的信号负载电源，例如机械室消防设备电源、CTC电源等。

具体容量选择方法参考“三、电源容量”。

6、电源模块和功能单元

无论车站电源屏、区间电源屏，还是综合电源屏，一套具体的电源屏设备都由具体的电源模块和功能单元构成。

电源模块只输出电源规格不同的各类模块，常用信号电源模块种类如下：

1）AC220V/50Hz模块：

提供信号点灯、道岔表示、计算机联锁、微机监测、CTC、稳压备用等负载电源。

2）AC24V模块：

提供表示灯、闪光灯电源。

3）AC25Hz模块：

提供25Hz轨道电路电源，包括220V和110V25Hz电源。

4）AC380V模块：

提供交流转辙机电源。

5）DC220V模块：

提供直流转辙机电源。

6）DC24V模块：

提供继电器、ZPW2000A电码化电源。

7）DC24～60V模块：

提供站间联系电源。

另外还有特殊规格电源模块，如DC48V模块、DC110V模块等。

特殊电源模块使用场合很少，只针对特殊负载，如18信息电码化电源（48Vdc）。

等等。

电源模块一般不单独使用。

在配置时，直流模块按照并联均流方式输出，交流模块按照互锁方式输出。

单独一台模块故障时，既要保证故障面不扩大，不能影响其它模块，又要保证负载供电不受影响。

电源模块是信号电源的基本构成单元，功能单元是将各电源模块有机组合并实现整体功能的装置。

智能电源屏具有自动切换单元、智能监控单元、输出配电单元、防雷单元，在地铁系统电源屏中还具有漏电检测单元、不间断供电单元等。

三、电源容量

1、负载容量选择

智能电源屏不再以大站、中站、小站来区分容量，而是以设备实际配置的各路电源容量值之和作为系统额定容量指标。

下面分别介绍了各种信号电源的容量选择方法。

1、继电器电源：

继电联锁系统选择24Vdc/30A；计算机联锁系统选择24Vdc/20A。

2、信号机点灯电源：

选择220Vac，2.5A×2、5A×2、5A×4、10A×4。

根据信号机数量确定。

实际负载容量=信号机个数×0.16A。

3、道岔表示电源：

选择220Vac，1A、2A、3A、5A、10A。

根据站场道岔数目确定。

实际负载容量=道岔个数×0.05A。

4、50Hz轨道电路电源：

选择选择220Vac，2.5A×2、5A×2、5A×4、10A×4。

根据站场轨道区段数确定。

实际负载容量=轨道区段数×0.16A。

5、直流转辙机电源：

选择220Vdc，16A、32A、48A。

根据是开放进度涉及的最大道岔数。

实际负载容量=2A×同时动作的直流电机数。

6、计算机联锁电源：

不同的联锁机厂家，设备用电情况也不相同。

通号院的联锁机需要1路220Vac/10A（后接2KVA的UPS），或1路220Vac/15A/20A（后接3KVA的UPS）。

北京交大微联公司的联锁机需要2路220Vac/5A（后接两台1KVA的UPS），或2路220Vac/10A（后接两台2KVA的UPS）。

铁科的联锁机与通号院类似，需要1路220Vac/10A或220Vac/15A。

卡斯科的联锁机与北京交大微联公司类似，需要2路220Vac/10A。

具体到每个站点，计算机联锁电源的配置容量要依据联锁机来确定，一般情况总容量不超过3KVA。

站场规模特别庞大的站点，计算机联锁电源容量可以达到5KVA。

7、控制台表示灯电源：

控制台表示灯目前全部采用发光二极管器件，工作电流基本都在mA级，因此功耗较早期设备减少许多。

控制台表示灯电源可以配置24Vac/5~15A。

8、控制台闪光灯电源：

控制台闪光灯电源负载类型与表示灯相同，可以配置24Vac/2~5A。

9、交流转辙机电源：

交流转辙机电源容量=开放最长进度经过的道岔电机数×单台电机转动功率，S700K型转辙机，单台电机功率约400VA。

交流转辙机电源只需隔离，电压范围在可与系统输入范围相同，即+15%至-20%。

10、25Hz电源容量=2KVA×[25Hz轨道区段数/60]

25Hz轨道区段数少于等于60时，选择2000VA的25Hz轨道电源系统，其中轨道电源1200VA，局部电源800VA。

分束情况可以根据站场需求确定，一般各分2束。

25Hz轨道区段数大于60少于等于120时，选择4000VA的25Hz轨道电源系统，其中轨道电源2400VA，局部电源1600VA。

一般各分4束输出。

轨道区段数大于120时，按照每60个轨道区段数配置2000VA电源系统的方法计算整个站场25Hz电源容量。

11、稳压备用电源：

该电源用于系统扩容，或新增设备供电。

负载情况不确定，一般情况配置220Vac/5A，站场规模较大时可以考虑配置220Vac/10A。

12、不稳压备用电源：

该电源用于维修供电，或临时用电，一般配置220V/10A。

13、ZPW-2000A电码化电源：

根据站场电码化发送器个数确定该电源容量。

站内电码化发送器工作电流约为3A。

配置时，按照每台发送器4A配置。

实际负载容量=4A×电码化发送器个数。

选择24Vdc，20A×2，30A×2，40A×2，或30A×4。

14、ZPW-2000A区间轨道电源：

区间ZPW-2000A发送器工作距离大于站内发送器，工作电流略大于站内发送器。

配置时按照每台发送器5A计算。

选择24Vdc，20A×2，30A×2，40A×2，30A×4，40A×4，30A×6，40A×6。

15、区间继电器电源：

选择24V/10A。

16、区间信号点灯电源：

选择220Vac，2.5A×2、5A×2。

实际负载容量=信号机个数×0.16A。

17、站间联系电源：

选择24~60Vdc/2A×2（采用1平方信号电缆，每公里电缆电阻23.5欧姆，可以满足15公里的站间距离），48~120Vdc/2A×2（采用1平方信号电缆，每公里电缆电阻23.5欧姆，可以满足40公里的站间距离）。

18、计轴电源：

采用220Vac模式供电时，每个计轴点按照40W计算。

实际负载容量=40×计轴点数量。

19、微机监测电源：

负载为UPS+工控机，按照220Vac/5A配置。

20、TDCS、CTC电源：

负载为UPS+工控机，按照220Vac/5A配置。

21、其它。

传统意义之外的信号负载电源，要根据实际负载载荷确定电源容量。

一套电源屏系统中包含上述一种或多种电源，系统容量就是所包含的全部输出电源容量之和。

2、电源屏输出指标示例

下面按照站场规模配置了成套电源系统。

各路输出指标的大小全部参照前文计算。

在配置具体站场电源屏时，可以参考下面各种配置类型，但还需核对具体负载类型和指标。

1）、联锁电源屏类型A

适用站场：

道岔数≤20，轨道区段数≤60，信号机数≤30，2000A电码化发送器≤12。

序号

输出电源指标

容量

微机联锁电源AC220V/10A

2200

信号点灯电源AC220V/2.5A*2

1100

道岔表示AC220V/2A

440

稳压备用电源AC220V/5A

1100

不稳压备用电源AC220V/10A

25Hz轨道电源AC220V/1200W

1200

25Hz局部电源AC110V/800W

800

微机监测电源AC220V/5A

1100

TDCS/CTC电源AC220V/5A

1100

计轴电源AC220/5A

1100

直流道岔转辙机电源DC220V/16A

3520

继电器电源DC24V/20A

480

站内电码化电源DC24V/30A*2

1440

站间联系24～60Vdc/2A*2

240

合计容量

15820

2）、联锁电源屏类型B

适用站场：

道岔数≤40，轨道区段数≤60，信号机数≤60，2000A电码化发送器≤16。

序号

输出电源指标

容量

微机联锁电源AC220V/10A

2200

信号点灯电源AC220V/5A*2

2200

道岔表示AC220V/3A

660

稳压备用电源AC220V/5A

1100

不稳压备用电源AC220V/10A

25Hz轨道电源AC220V/1200W

1200

25Hz局部电源AC110V/800W

800

微机监测电源AC220V/5A

1100

TDCS/CTC电源AC220V/5A

1100

计轴电源AC220/5A

1100

直流道岔转辙机电源DC220V/32A

7040

继电器电源DC24V/20A

480

站内电码化电源DC24V/40A*2

1440

站间联系24～60Vdc/2A*2

240

合计容量

20660

3）、联锁电源屏类型C

适用站场：

道岔数≤80，轨道区段数≤120，信号机数≤100，2000A电码化发送器≤24。

序号

输出电源指标

容量

微机联锁电源AC220V/10A*2

4400

信号点灯电源AC220V/5A*4

4400

道岔表示AC220V/5A

1100

稳压备用电源AC220V/10A

2200

不稳压备用电源AC220V/10A

25Hz轨道电源AC220V/2400W

2400

25Hz局部电源AC110V/1600W

1600

微机监测电源AC220V/5A

1100

TDCS/CTC电源AC220V/5A

1100

计轴电源AC220/5A

1100

直流道岔转辙机电源DC220V/32A

7040

继电器电源DC24V/20A

480

站内电码化电源DC24V/30A*4

2880

站间联系24～60Vdc/2A*2

240

合计容量

30040

4）、联锁电源屏类型D

适用站场：

道岔数≤120，轨道区段数≤240，信号机数≤200，2000A电码化发送器≤32。

序号

输出电源指标

容量

微机联锁电源AC220V/10A*2

4400

信号点灯电源AC220V/10A*4

8800

道岔表示AC220V/10A

2200

稳压备用电源AC220V/10A

1100

不稳压备用电源AC220V/10A

25Hz轨道电源AC220V/4800W

4800

25Hz局部电源AC110V/3200W

3200

微机监测电源AC220V/5A

1100

TDCS/CTC电源AC220V/5A

1100

计轴电源AC220/5A

1100

直流道岔转辙机电源DC220V/48A

10560

继电器电源DC24V/20A

480

站内电码化电源DC24V/40A*4

3840

站间联系24～60Vdc/2A*2

240

合计容量

42920

四、电源系统图

下面示意图从配电结构方面展示了智能电源屏各电源模块和和功能单元。

1、普铁信号电源屏配电结构

普铁线路信号电源屏一般采用Y型切换单总线配电结构。

220Vdc模块

24Vdc模块

220Vac/50Hz模块

直流转辙机电源

继电器电源

计算机联锁电源

信号点灯电源

监控模块

220Vac/50Hz模块

25Hz模块

380Vac模块

道岔表示电源

稳压备用电源

25Hz电源

交流转辙机电源

220Vac/50Hz模块

微机监测电源

220Vac/50Hz模块

CTC电源

不稳压备用电源

一路输入

二路输入

接触器

选择开关

2、客专信号电源屏配电结构

客专线路及高速铁路信号电源屏采用双Y型切换结构，并且配置双UPS系统。

原理示意图如下：

220Vdc模块

24Vdc模块

25Hz模块

UPS

直流转辙机电源

继电器电源

计算机联锁

信号点灯电源

监控模块

UPS

380Vac模块

道岔表示电源

稳压备用电源

25Hz电源

交流转辙机电源

微机监测电源

CTC电源

一路输入

二路输入

接触器

选择开关

接触器

电池组

五、外形尺寸

电源屏摆放示意图：

电源屏外形尺寸，宽×深×高：

800×600×2000（mm）。

地脚螺栓安装孔径为：

Φ14.5，数量为4个，以电源屏底座平面两条中轴线对称排列。

地脚螺栓中心孔距为：

630×370（mm）。

六、工作条件及绝缘性能

1、工作条件

（1）大气压力：

74.8~106kPa（海拔高度相当于2500m以下）；

（2）环境温度：

-5~40℃；

（3）相对湿度：

90%（25℃）；

（4）周围介质中无导电性尘埃，无足以腐蚀金属或破坏绝缘的气体或尘埃；

（5）电源屏长期使用时，屏内各种变压器温度不大于100℃。

2、整机中各种电器相互绝缘的带电部分与地之间，在正常气候下应达到如下耐压强度：

系统在大气压不低于84KPa时，系统输入或输出电压U

U≤60V，50HZ1000V1min，无击穿或闪烁现象；

60V＜U≤300V，50HZ2000V1min，无击穿或闪烁现象；

300V＜U≤690V，50HZ2500V1min，无击穿或闪烁现象。

3、直流和交流电路的电源及负载线对地绝缘电阻值应符合如下标准（用500V兆欧表测量）：

当温度为15～35℃时（相对湿度45%～80%）的气候条件下，整机输入、输出端子对地的正常绝缘电阻值大于25MΩ，输入对输出端子绝缘电阻值大于25MΩ（直流500V情况下）；经过交便湿热试验后，其潮湿绝缘电阻值大于25MΩ。

第三节驼峰电源屏

用于驼峰调车场信号设备的供电。

驼峰电源屏与联锁电源屏的关键区别是，一部分负载需要不间断供电，因此配置电池管理系统或UPS系统。

其余与联锁电源屏相同。

电池管理系统（或UPS系统）是为保障在停电等状态下，道岔设备完成预定动作而设置的。

一般情况下，HKZ、HKF24Vdc电源和DZ、DF220Vdc电源需要进行不间断供电保护。

当外电网停电后，电池管理系统（或UPS系统）可以自动为负载供电，保证设备完成必须完成的动作。

第四节不间断电源（UPS）

一、概述

是对车站两路外供电源停电后，为信号设备、计算机监测等设备一定时间段提供供电的设备。

根据车站信号设备的停电供电要求和一定供电时间要求计算UPS系统的容量和配置。

综合设备效率和投入成本，UPS最佳工作负载区域为70%~80%。

二、不间断电源的基本原理

UPS电源系统由4部分组成：

整流器、电池组、逆变器和开关控制。

整流器件采用可控硅或高频开关整流器，本身具有可根据外电的变化控制输出幅度的功能。

逆变器具有恒压输出功能。

从而当外电发生变化时（该变化应满足系统要求），输出幅度基本不变。

净化功能由储能电池来完成，由于整流器对瞬时脉冲干扰不能消除，整流后的电压仍存在干扰脉冲。

储能电池除可存储直流直能的功能外，对整流器来说就象接了一只大容器电容器，其等效电容量的大小，与储能电池容量大小成正比。

下图为UPS工作原理示意图。

断路器K1控制主路交流电源输入。

整流器将交流电源变成直流电源。

逆变器进行DC/AC变换，将整流器和蓄电池提供的直流电源变换成交流电源输出。

蓄电池组在交流停电时通过逆变器向负载供电。

输入电源也可以通过旁路静态开关从旁路回路向负载供电。

另外，要求对负载供电不间断而对UPS内部进行维修时，可使用维修旁路开关K3。

~±

±~

三、UPS的工作模式

1、正常工作模式

在主路市电正常时，UPS一方面通过整流器、逆变器给负载提供高品质交流电源；另一方面通过整流器为电池充电，将能量储存在电池中。

2、电池工作模式

当主路市电异常时，系统自动无间断地切换到电池工作模式，由电池通过逆变器输出交流电向负载供电。

市电恢复后系统自动无间断地恢复到正常工作模式。

3.旁路工作模式

旁路工作方式有两种，一种能自动恢复到正常工作模式；另一种需人工干预才能回到正常工作模式。

在逆变器过载延时时间到、逆变器受大负载冲击等情况下，系统自动无间断切换到静态旁路电源向负载供电。

过载消除后，系统自动恢复正常供电方式。

当用户关机，或主路市电异常且电池储能耗尽，或发生严重故障等情况下，逆变器关闭，系统会切换并停留在旁路工作模式。

此后若需恢复到正常工作模式，则需要用户重新开机。

四、UPS容量配置

UPS负载容量最好选择在UPS额定容量的75%以下。

UPS额定容量一般可以按以下公式进行计算：

UPS额定容量≥信号负载容量÷负载输入功率因数

五、UPS配套蓄电池容量配置

停电后UPS是依靠蓄电池储能供电给负载的。

蓄电池的容量一般可以按以下公式进行计算：

C=PL×T/（Vf×η×K）

其中：

C－－蓄电池容量，Ah

PL－－负载功率，W

Vf－－蓄电池额定电压，V

T――备用时间，h（小时）

η――UPS电池逆变效率（阻性满载）

K――蓄电池放电系数

备电时间T=0.5h，K=0.5

备电时间T=1h--3h，K=0.6

备电时间T=3h--5h，K=0.8

备电时间T=5h--10h，K=0.85

备电时间T＞10h，K=1

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