新型铁路信号电源系统的原理和性能

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铁路信号设备是不间断供电设备，25Hz、直流24V继电器、闭塞系统等电源在使用中一旦出现故障，现场很难尽快解决。另外，突发雷击、火灾、地震等自然灾害的袭击往往也会导致系统瘫痪。由于现场电源种类较多，一般很难及时修复，处理时间较长。《铁路信号维护规则———业务管理》中虽有“电务段应至少备用一套电源屏”的规定，但电源屏往往不是整屏瘫痪，而是局部支路输出故障。如果把整屏运往现场，操作复杂，不但耗费大量的人力和时间，也起不到抢险的作用。为此，郑州电务段开发研制了缩短抢险时间、方便现场操作、保障运输安全、节约成本开支的便携式铁路信号应急电源系统。

1系统特点

系统体积小、重量轻、方便储存，装有把手及万向轮，方便抢险运输。采用先进的电力电子技术、功率因数校正技术等，降低谐波成份，减少无功功耗，提高输出电压稳定度。标识清晰易见，控制器件简单便捷，还可将易发事故电源进行分类、总结，方便记录。

2系统主要性能指标

1．外型尺寸:456mm×565mm×700mm。2．重量:PYJ-1型65kg;PYJ-2型45kg;PYJ-3型45kg。3．输出电源种类:PYJ-1型输出25Hz轨道-局部电源;PYJ-2型输出继电器、电码化、区间轨道、区间继电器、站间联系电源;PYJ-3型输出直流转辙机、表示灯电源。4．在165～275V范围内进行老化测试，高于铁标规定的要求，可以保证在现场更为严酷的环境中使用。各支路输出的容量如表1所示。5．所使用模块经过陕西省电子工业产品质量监督检验站四项电磁兼容检测，满足电磁兼容的要求，抗干扰能力强。

3系统原理

下面以PYJ-1为例来介绍系统的结构和原理。PYJ-1电源系统方框图、电源系统原理图分别如图1、图2所示。

3.125Hz模块工作原理25Hz电子变频器模块(简称25Hz模块)为PYJ-1便携式铁路信号应急电源系统提供25Hz相敏轨道电路所需要的局部电源和轨道电源。25Hz模块是25Hz相敏轨道电路专用供电模块。它利用电力电子技术将50Hz交流电转换成符合要求的25Hz电源。该模块应用了先进的有源功率因数校正技术(APFC)，使功率因数高达0.99，有效降低了谐波成份，减少了无功损耗，使整机的满载效率达到90%以上。功率输出部分采用了最新器件(IGBT)组成的逆变器(DC/AC)。1．辅助电源。输入电源经软启动电阻和主整流桥整流后，加至开关变压器原边给开关管送电，激励脉宽调制器起振，输出调制脉冲，开关管受脉冲调制导通和截止，辅助电源进入正常工作状态。该电源属单端反激式开关电源，可输出多路电压，工作稳定，可靠性高。2．有源功率因数校正(APFC)电路。有源功率因数校正的目的，就是让输入电源的电流波形跟踪电压波形保证功率因数接近于1。其核心控制器件是集成电路UC3854，该器件16脚输出的脉宽调制信号，包含了对PFC控制的全部信息，此信号控制着开关管的导通和截止，输入强制电流波形跟踪电压波形;并控制着输出电压稳压，使其稳定在DC400V上。当集成电路UC3854和外围元件组成的检测电路，检测到PFC电路出现过流、输入过压、欠压、输出过压、过热等故障现象时，均会切断软启动继电器，同时封锁16脚的调制脉冲，使该端无信号输出，直至故障排除后APFC自动恢复正常工作。3．逆变电路DC/AC。为了提高变频器的可靠性，变频器应用全桥逆变技术，关键器件采用最新器件(IGBT)进行逆变，逆变后的SPWM波(正弦波)经过滤波还原为2路交流电压输出。且通过同步电路使局部电压恒超前轨道电压相位90°。原理见图3。利用数字电路(EPROM)产生SPWM调制脉冲来实现DC/AC变换。首先由数字电路分别产生基准的正弦波及所对应的三角波，并将2种波形进行比较，产生DC/AC变换所需的SPWM调制脉冲波，再经过逻辑控制驱动电路，将调制脉冲加到逆变功率管的控制栅极，逆变后的SPWM波经过滤波还原为交流电压输出。由输出电压取样，经放大、比较、调整基准正弦信号电压，从而保证输出电压的稳定。当保护电路检测到输出过压故障时，控制逻辑电路封锁SPWM调制脉冲，使该模块无电压输出，同时发出报警信号，故障排除后模块需重新开机工作。

3.2PYJ-1电源系统操作步骤步骤1．闭合1QF，相应电源模块上电;模块上相应上电表示灯亮，模块面板上的工作表示灯亮了以后，模块工作正常。步骤2．闭合2QF～11QF，分别供出各回路电源。

4系统应用领域

将铁路信号电源中最重要且现场难以较快解决的几种电源整合在一个系统内部，可以提供多种电源输出。输出电源种类涵盖面广，可广泛应用于国铁、高速铁路、地方铁路、铁路专用线、城市轨道交通系统等不同的轨道系统当中，适合铁路中、小站通信信号电源在突发遭受雷击、火灾等自然灾害袭击，导致系统瘫痪和野外临时架设通信基站，以及铁路抢险等异常情况下的应急保障使用。

5系统的社会、经济效益系统

有3种不同型号，分别控制不同的输出电源种类，当现场某些支路输出故障时，可方便选择合适型号的设备来抢险，从技术上解决了长期影响行车安全的一个问题，弥补了安全生产的漏洞，为铁路运输安全提供稳定、可靠的信号电源设备，保证行车安全，具有较大的社会效益。该应急电源系统每套9万元，可以节约大量的电源屏采购费用。我国正处于铁路、地铁、城轨建设的高峰期，每年还有多个外资项目的建设，该项目有良好的市场空间和广泛的使用前景。该系统通过了郑州铁路局技术鉴定，于2010年3月在郑州电务段上道运用，并在处理圃田站、许昌站、淇县站故障中发挥了积极作用，缩短了抢险时间，保障了铁路运输安全。