摘 要:铁路信号系统是以标志物、灯具、仪表和音响等向铁路行车人员传送机车车辆运行条件、行车设备状态和行车有关指示的技术与设备。铁路信号设备是保证列车行车安全的重要基础设备,其可靠性的高低直接关系到行车安全和运输效率。随着我国铁路建设的高速发展,信号系统的技术和设备研究显得日益重要。本文通过对目前铁路信号供电中存在问题的分析,论述了电源内的高次谐波、双电源回路同时停电、单电源回路故障停电对信号系统的影响,介绍了采用交直交电源装置使用效果,为电化区段、非电化区段,单、双回路供电提供可靠电源的技术方案。

关键词:信号电源交直交电源谐波

中图分类号:U28文献标识码:A文章编号:1007-9416(2010)09-0064-01

铁路信号设备是保证列车行车安全的重要基础设备,其可靠性的高低直接关系到行车安全和运输效率。与我国国防、航天工业相比,铁路部门可靠性的研究起步较晚,20世纪90年代初开始 “机车车辆可靠性”研究。近些年铁路信号设备的可靠性引起广泛重视,但由于研究深度不够并且缺乏实际工程化经验,在铁路信号产品的研制、生产、验收、使用、维护过程中的可靠性管理出现一些问题,可靠性指标往往处于表面化,没有实际的可靠性验证手段,使得我国铁路信号产品的可靠性工程得不到深入开展。随着我国铁路高速化和信号产品电子化的发展,这种状况必须尽快得到改善。为了提高信号供电的可靠性,增建了贯通电力线路。电力贯通线路除了完成对信号的供电外,还承担了沿线通信、红外线、无线电站的供电任务,贯通线的建设与自闭电力线路保证了对信号系统的可靠供电。

1信号电源故障分析

1.1 电源干扰严重,谐波含量较大

随着大功率整流技术在电气化铁路上广泛的应用,使牵引供电系统中出现大量的谐波。铁路沿线的电源全部是从就近的地方电源接引,而个别地方还有直接接引于牵引变电所的电源,这些电源含有不同程度谐波,而从牵引变电所接引的电源谐波更为严重。

在运行中信号电源屏为了保证相序的一致性,在两路电源转换的条件中加装了相序继电器,做为电源能否使用的一个条件。谐波干扰对其他电力设备的严重危害主要表现为过负荷和发热,干扰和危害以及破坏电子设备和保护控制设备的性能和正常工作,引起绝缘闪络或避雷器爆炸,或者在电压互感器中出现过电流,引起熔断器熔断或互感器烧毁等。

1.2 发生两路电源同时停电的现象

目前在繁忙干线虽然都增建了贯通电源,但是还是不断发生同时停电的故障,笔者在运行实践中曾几次遇到两条电力线路同时停电的情况,发生这些事故都给运输造成了较大的影响。

2解决信号电源供电中断故障问题的方法

2.1 改造信号用相序继电器

目前信号电源屏谐波含量在10%时相序继电器就可动作,灵敏度太高,容易造成信号电源供电中断。

所以研究制造新的相序继电器,提高继电器的耐谐波能力尤为重要。

通过对新型相序继电器耐谐波情况进行测试,当谐波含量超过50%时,相序继电器才动作,电压谐波占到50%在实际中是不会出现的,满足了信号电源屏的需要。

2.2 新的信号供电方式

为了解决信号供电因谐波含量较高,影响信号供电的问题,在380V侧改为交直交的供电方式,交直交电源装置可以是单相输入单相输出,也可以单相输入三相输出,还可以三相输入三相输出。

其工作原理是将三相380V或单相220V引入到交流—直流转换电源装置机柜中。在交直变换过程中,线性和非线性滤波器净化输入电源,滤掉谐波和瞬间尖峰脉冲等,同时也起到双向抗干扰作用。电源经过整流和LC滤波后,得到不稳定的直流屏直流电压。

直流屏直流电压通过PWM直流控制器调整稳定和C型滤波继续滤除纹波,得到稳定的交流屏直流电压,为下一步的直交变换作好准备。在直交变换过程中采用SPWM三相逆变器,把直流电压变换成三相SPWM调制波,再通过LC正弦化处理电路和三相四线制输出隔离变压器变换成高品质的单相220V和三相380V工频正弦波交流电。为了进一步提高供电可靠性,还可在交直交设备的直流中加装蓄电池。蓄电池可根据实际情况进行容量配置,加装蓄电池是根据供电运行最恶劣情况考虑。这是因为,虽然现在大部分主要干线为双电源供电,但双电源基本上在铁路两边建设或在一边建设。目前在平原地区,在铁路两侧规划了15~20 m的绿化带。这些绿化带的树木大部分为速生品种,生长速度快,而且高大,一旦遇到大风雨容易造成树木倾倒,砸断输电线路。一旦自闭、贯通电源同时停电时,交直交电源装置的蓄电池经过逆变器向信号系统供电,保证信号的正常工作。

2.3 在电气化区段为信号系统增设第三路电源或第二路电源

为了确保双回路信号供电电化区段繁忙干线信号供电安全和单回路信号供电电化区段信号供电可靠。

在每个中间站增设27.5kV/0.4kV(0.23kV)变压器,电源从接触网上接引。电压降低后接入交直交电源装置,将单相230V电压经过逆变器变成三相四线380 V电源,供给信号楼做为第3路电源使用或第2路电源使用。

目前这种供电方式已经在迁曹线信号电源中使用,迁曹铁路是国家“十一五”重点项目和《中长期铁路网规划》确定的建设运煤大通道的重要组成部分。正线全长232.11km,设计为一级双线电气化铁路。

2.4 经济效益分析

从接触网上接引电源经过交直交电源装置向信号系统供电的方式也可以用在新建的电气化铁路上,采用这种方式向信号系统供电,可以减少新建10kV线路的建设费用,降低基本建设投资。以石太客运专线为例,线路设计全长200 km,共设6个车站,55个用电点,3个配电室,如果修建两条贯通线,按电缆计算,综合价需要70万元/km×200=14000万元,如果只修建一条贯通线,造价为7000万元,二路电源使用交直交电源,容量20kVA,一处造价在55万元以内,造价为55万元×55=3 025万元,合计10 025万元,可降低造价3 975万元。

3结语

随着铁路建设,特别是高速铁路建设投资的不断加大,我国铁路各项技术研究取得巨大的成绩,部分技术和设备研究成果已经跻身于世界铁路强国之列。由于信号供电可靠是保证列车安全、正点,提高列车通过能力的重要因素。随着列车速度的不断提高及高速铁路的建设,对信号供电的可靠性要求也将越来越高,针对目前信号供电中存在的问题进行探讨,找出问题的产生原因及解决办法是非常有必要的。

参考文献

[1] 李制军.浅议电气铁路牵引供电对铁路信号设备的影响[J].西铁科技,2009.

[2] 钟爱萍.浅谈铁路信号综合防雷施工[J].工程科技,2009,2.