铁路信号智能化电源屏的现状及技术发展方向.docx

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铁路信号智能化电源屏的现状及技术发展方向

铁路信号智能化电源屏的现状及技术发展方向

20世纪80年代后期开始，随着我国铁路装备技术的迅速发展，重载、提速、扩能工程的实施，铁路信号设备相继引进和开发了许多先进技术，装备在运输繁忙的干线上。

为适应铁道部电务维修体制改革、信号技术发展的需要，针对当时铁路信号电源设备制式单一、元器件可靠性差、整体技术落后的局面，多家企业和研究院所相继于90年代后期开始论证、研制和开发了铁路信号智能化电源屏，自2000年第一套智能化电源屏通过了铁道部技术鉴定至今，已有6家单位的智能化电源屏通过了铁道部技术鉴定或技术审查，大约有5～6家通过了路局级的技术审查或鉴定，目前还有一些单位正在继续研制开发中，形成了激烈竞争的局面，促进了智能化电源技术的发展。

一、铁路信号智能化电源屏的现状

从2000年第一套铁路信号智能化电源屏在现场正式运行至今，已有近10家单位的智能化电源屏上道运行。

2002年铁道部组织对原大、中、小站电源屏部颁标准进行了修订，编制并颁布了新的铁路信号电源屏的行业标准，但限于当时智能化电源屏的发展条件，没有单独针对铁路信号智能化电源屏制定技术标准，因此，目前智能化电源屏还没有一个统一的、确切的定义和可按照执行的、有针对性的设计规范和标准。

设计、建设单位对产品技术和质量不好把握，在基本建设的招投标文件中往往根据某家产品的指标、性能特点来确定标准，造成投标企业为了满足招标文件的要求，盲目改变自己经过技术鉴定的产品的原理、功能、指标，致使各种参差不齐的技术和质量的信号电源产品上道使用。

因此，目前的局面是智能化电源屏制式种类繁多，工作原理各异，外形结构五花八门，高度尺寸不一，颜色眼花缭乱，故障事故频发，严重的造成延时、停车，甚至出现火灾险情，年事故率呈现逐年增长势头，为行车安全带来重大事故隐患。

以重庆电务段2004年12月的统计的为例，自2000年开始，电务段先后安装智能化电源屏13站，分别由三个厂家提供，四年间各站电源屏均不同程度地发生故障，尤其是后2年，故障发生较频繁，仅2004年1月至12月一年间，智能化电源屏共发生故障13次，故障原因为：

轨道模块坏3次；信号模块坏3次；24伏电源模块坏3次；微机模块坏2次；道岔表示坏1次；监测系统切换板坏1次。

2005年1-9月全路电源屏的事故统计中，大多为各家的智能化电源屏，共发生48件事故，延时69.25小时，影响行车116列，严重影响了铁路正常运行。

目前智能化电源屏的组装、制造，主要集中在这10家左右的单位，特别是近几年，主要集中在几家中小型的民营企业，应该肯定的是这几家民营企业引进了其它行业的先进理念、先进技术和产品，在推进铁路信号智能化电源系统的技术进步方面起到了重要作用，新产品不断推陈出新，使铁路信号电源技术发展较快。

但是，不可否认的是，各自独立、互不交流、市场无序竞争、产品的技术和质量良莠不齐，其中有些企业确实具有一定的研制能力，但是在制造方面都不具备规范的生产实体，几乎全部关键模块都是搞委托加工，其产品质量完全取决于生产方的生产质量，特别是高频电力电子模块，多是委托其它行业的生产体，这些企业在其自己的行业可能实力较大，但信号电源模块多为特殊要求，小批量多品种，供货周期短，同时由于目前的铁路信号智能化电源处在技术更新比较大、更新速度比较快，信号电源种类繁多，涉及多个专业领域，产品技术服务需要专业人员等特点，一般的路外大型专业电源企业难以适应，在这种条件下生产的产品并不像人们所想象的高可靠，同时，5～6年后的售后服务也很难保障。

由于有近10家单位的智能化电源屏上道运行，有的实际运用已有五年，同时各家又在不断的完善、改进、提高，产品技术、质量都有了很大的进步，但仍存在着制式种类繁多，外形、结构、高度、尺寸不一，标准化、互换性差，在一个电务段里有多家产品在运行，日常维护和维修极为不便。

由于故障率高、设备电路复杂、采用的技术大多不为现场使用的电务维护人员所熟悉等问题，有些用户流露出对原有电源屏的怀恋。

铁路信号智能化电源市场规模有限，一年的产值大约在2.5亿左右，分摊到10多家单位，平均每家也就在2500万元左右，由于市场竞争激烈，各家赢利能力都有限，影响产品技术创新的投入和生产规模化装备的投入，造成产品发展后劲不足。

二、铁路信号智能化电源屏的技术概况及发展方向

铁路信号智能化电源屏是为铁路信号设备供电的重要设备，是车站联锁、区间闭塞等系统可靠运行的心脏，电源系统发生故障，将导致整个系统瘫痪，其重要性非同一般。

我国从70年代后期开始实现车站电气集中联锁以来，信号电源屏一直作为重要信号设备，由铁道部指定专业厂家生产。

电源屏的技术领域也仅涉及信号、电力两个专业，而随着智能化电源屏研制开发技术的需要，所涉及的专业技术涵盖了信号、电力、电子、网络、计算机、通信、电磁兼容等，从而智能化电源屏成为集成综合技术比较复杂的产品。

开发研制这样的智能化信号电源系统，需要具备以上多方面的专业知识、技术能力和规范的生产装备。

铁路信号智能化电源屏是向铁路信号设备供电的重要设备，具有两个基础功能：

1）、基本供电功能：

根据不同规模的铁路电气集中联锁站场、不同联锁方式、不同轨道电路制式、不同的区间自动闭塞方式等信号设备的供电要求，选配不同频率、不同容量、不同电压种类的交、直流电源单元，组合成各种车站电气集中联锁信号电源屏、驼峰编组场电源屏、区间闭塞电源屏、25周轨道电源屏等，或综合型信号电源屏，完成向各种信号设备供电的基本功能。

2）智能辅助管理功能：

应用计算机和通信、网络技术，对供电系统各个环节、关键器件的运行参数、状态进行监测、管理、记录、通信、报警、分析等。

目前使用的铁路信号智能化电源屏基本都具备以上两种基础功能，由于采用了不同的技术、性能、结构设计，在满足不同信号设备供电要求方面，其技术、质量、可靠性等方面存在着很大差异，都有存在着改进和提高的地方。

在对智能化电源屏没有一个统一的确切的定义和可按照执行的设计规范和标准的情况下，从智能化电源屏生产厂家现有技术水平、能力以及铁路大多数用户的要求，智能化电源屏结构上电源单元模块化，满足现场要求电源屏占用面积小，备用方式灵活，故障时方便维修、快速更换器件等需要；监测方面，采用现代数字信息处理及通信技术，可向微机监测提供输入、输出电源的各种参数，同时满足自身在工作状态显示、非正常工作记录、统计，故障判断、分析、储存等方面的需要。

在监测性能和功能方面，各个厂家对智能化理解的程度不同，采用的技术不同，有的采用单板计算机、有的采用工业控制计算机，功能、性能差异较大。

目前对智能化电源屏的理解可用“模块化+监测”来概括，这也为大多数人所认同。

在电源模块技术的采用上，有些厂家的产品全部或部分采用了高频电力电子技术，如PFC功率因数校正、大容量直流并联均流、交流并联均流（尚不完全成熟）、采用UPS电源等，满足信号设备的技术发展对供电新的技术指标的要求。

铁路信号智能化电源屏的配电系统功能单元可分为输入单元、模块单元、输出单元和智能监测单元：

（1）输入单元：

两路输入电源的引入、转换，交流集中稳压、整流，输入电源的浪涌抑制、雷电防护等。

（2）模块单元：

实现输出不同电压、容量、频率的交、直流电源，此部分是各家采用不同技术区别最大的地方，有的采用工频稳压（参数式稳压器或工频数字电压补偿型（微电脑补偿型）交流稳压器、工频隔离变压器）；有的采用高频电力电子技术的模块，同时也是模块化程度最高、最容易实现的部分。

（3）输出单元：

实现将各种经过稳定的输出电压进行分配、保护、监督，输出电源的浪涌抑制、雷电防护等。

（4）智能监测单元：

包括系统运行中的各种参数的实时采集、变换、处理、通信等，实现系统各种参数的监测、故障定位、报警、故障信息统计、储存等，同时可实现向微机监测提供电源运行参数的接口。

目前的智能化电源屏采用的系统技术可分为以下几种类型：

第一种、采用工频数字电压补偿型（微电脑补偿型）交流稳压电源或参数式稳压变压器、工频硅整流直流电源、工频50Hz铁磁分频器25Hz电源和电力电子高频直流开关电源、高频电子25Hz电源，根据生产单位技术能力、用户技术要求而组合电源系统，配备各种形式的工业控制计算机或单板计算机的智能数字型监测辅助功能。

目前有2-3家采用的是这种系统集成技术。

第二种、采用电力电子高频交流稳压电源（高频隔离）、高频直流开关电源、高频电子25Hz电源，独立模块进行组合成电源系统，配备单板计算机的智能数字型监测辅助功能。

目前有2-3家采用的是这种系统集成技术。

第三种、采用工频交流稳压（参数式或恒压变压器、微电脑补偿交流稳压器或工频变压器）、整流后，构成直流母线；分回路经DC/DC变换成直流电源，为各种直流信号设备供电；分回路经DC/AC逆变成各种交流电源，为各种交流信号设备供电，配备各种形式的工业控制计算机或单板计算机的智能数字型监测辅助功能。

目前有2-3家采用的是这种系统集成技术。

第四种、高频化整流，构成直流母线；分回路经DC/DC变换成直流电源，为各种直流信号设备供电；分回路经DC/AC逆变成各种交流电源，为各种交流信号设备供电，配备各种形式的工业控制计算机或单板计算机的智能数字型监测辅助功能。

目前有的厂家正在论证或研制中，尚没有经过现场实际验证。

前三种是目前的主流智能化电源屏，在现场运行的数量比较大，其它运行数量比较少或在研制中的其它智能化电源限于公开程度和掌握资料上，不十分了解，在此不做详细叙述。

下面对以上四种类型的铁路信号智能化电源屏的配电系统组成方式及其技术、性能、结构进行简要分析：

第一种类型，可根据用户要求和现有信号设备对电源技术指标的要求，可组成如下几种电源系统组成方式：

1）交流集中稳压+工频交流隔离+工频直流整流（全工频方式）

电源系统组成方案见图1。

图1

该电源系统的工作方式是：

两路电源一主一备输入，经交流接触器自动切换后，由一套交流集中稳压器（无触点工频数字电压补偿型交流稳压器或参数式稳压器）稳压后，经过工频交流变压器进行变压、隔离变换后向信号点灯、轨道电路、道岔表示等交流信号设备供电；经过工频交流变压器进行变压、隔离，在采用单相或三相桥式整流后变换为直流电源向继电器、直流电动转辙机等直流信号设备供电。

交流集中稳压器故障后自动转为旁路，由电网直接供电。

模块单元的备用方式可采用1+1、N+1等备用方式，备用模块可手动或自动转换，此种备用方式可减少备用容量和数量。

另外，还可采用将模块单元、输出单元做成主、备屏的备用方式，就像传统的电气集中电源屏的整屏备用方式一样，优点是一旦主屏发生严重的、短时难以恢复的事故，可以尽快转到备用屏，恢复向信号系统供电。

此种电源系统在结构上，输入单元中的两路电源转换、交流稳压器和模块单元的大部分可做成标准化的模块。

该电源系统的优点是：

（a）电气原理基本采用传统的工频电磁型电气集中电源屏技术。

电路简单，器件直观，现场电务维修人员对电气系统比较熟悉，维修方便。

（b）工频电磁器件，抗输入电源浪涌和抗输出负载的冲击性能比较好，负载适应性强，可耐受较大感性、容性负载的冲击。

（c）工频电磁器件，不会产生高频电磁干扰，电磁兼容性好。

（d）工频器件可靠性高，寿命长。

该电源系统存在的问题是：

（e）采用一套集中稳压设备，故障后没有备用设备，直供后，失去了稳压功能，降低了供电质量。

（f）集中稳压设备采用工频稳压，对输入电源的干扰，例如高频闪变、尖峰等，防护性能差。

（g）交流电源模块不能并联输出，因此，两路输入电源转换时造成输出交流电源供电中断。

（h）铁磁分频器25Hz电源效率低，输入功率因数低，25Hz波形差，失真度大。

变频器体积、重量大，不易模块化。

（i）直流电源采用工频变压器变压、隔离、单相或三相桥式整流，输出直流电压纹波系数大，交流输入侧谐波电流大，输入功率因数低，特别是大容量整流时，输入端谐波电流对电网的干扰大。

（j）备用模块或备用屏若采用冷备用方式