新型鐵路信號電源系統的原理和性能
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鐵路信號設備是不間斷供電設備，25Hz、直流24V繼電器、閉塞系統等電源在使用中一旦出現故障，現場很難盡快解決。另外，突發雷擊、火災、地震等自然災害的襲擊往往也會導致系統癱瘓。由于現場電源種類較多，一般很難及時修復，處理時間較長。《鐵路信號維護規則———業務管理》中雖有“電務段應至少備用一套電源屏”的規定，但電源屏往往不是整屏癱瘓，而是局部支路輸出故障。如果把整屏運往現場，操作復雜，不但耗費大量的人力和時間，也起不到搶險的作用。為此，鄭州電務段開發研制了縮短搶險時間、方便現場操作、保障運輸安全、節約成本開支的便攜式鐵路信號應急電源系統。
1系統特點
系統體積小、重量輕、方便儲存，裝有把手及萬向輪，方便搶險運輸。采用先進的電力電子技術、功率因數校正技術等，降低諧波成份，減少無功功耗，提高輸出電壓穩定度。標識清晰易見，控制器件簡單便捷，還可將易發事故電源進行分類、總結，方便記錄。
2系統主要性能指標
1．外型尺寸:456mm×565mm×700mm。2．重量:PYJ-1型65kg;PYJ-2型45kg;PYJ-3型45kg。3．輸出電源種類:PYJ-1型輸出25Hz軌道-局部電源;PYJ-2型輸出繼電器、電碼化、區間軌道、區間繼電器、站間聯系電源;PYJ-3型輸出直流轉轍機、表示燈電源。4．在165～275V范圍內進行老化測試，高于鐵標規定的要求，可以保證在現場更為嚴酷的環境中使用。各支路輸出的容量如表1所示。5．所使用模塊經過陜西省電子工業產品質量監督檢驗站四項電磁兼容檢測，滿足電磁兼容的要求，抗干擾能力強。
3系統原理
下面以PYJ-1為例來介紹系統的結構和原理。PYJ-1電源系統方框圖、電源系統原理圖分別如圖1、圖2所示。
3.125Hz模塊工作原理25Hz電子變頻器模塊(簡稱25Hz模塊)為PYJ-1便攜式鐵路信號應急電源系統提供25Hz相敏軌道電路所需要的局部電源和軌道電源。25Hz模塊是25Hz相敏軌道電路專用供電模塊。它利用電力電子技術將50Hz交流電轉換成符合要求的25Hz電源。該模塊應用了先進的有源功率因數校正技術(APFC)，使功率因數高達0.99，有效降低了諧波成份，減少了無功損耗，使整機的滿載效率達到90%以上。功率輸出部分采用了最新器件(IGBT)組成的逆變器(DC/AC)。1．輔助電源。輸入電源經軟啟動電阻和主整流橋整流后，加至開關變壓器原邊給開關管送電，激勵脈寬調制器起振，輸出調制脈沖，開關管受脈沖調制導通和截止，輔助電源進入正常工作狀態。該電源屬單端反激式開關電源，可輸出多路電壓，工作穩定，可靠性高。2．有源功率因數校正(APFC)電路。有源功率因數校正的目的，就是讓輸入電源的電流波形跟蹤電壓波形保證功率因數接近于1。其核心控制器件是集成電路UC3854，該器件16腳輸出的脈寬調制信號，包含了對PFC控制的全部信息，此信號控制著開關管的導通和截止，輸入強制電流波形跟蹤電壓波形;并控制著輸出電壓穩壓，使其穩定在DC400V上。當集成電路UC3854和外圍元件組成的檢測電路，檢測到PFC電路出現過流、輸入過壓、欠壓、輸出過壓、過熱等故障現象時，均會切斷軟啟動繼電器，同時封鎖16腳的調制脈沖，使該端無信號輸出，直至故障排除后APFC自動恢復正常工作。3．逆變電路DC/AC。為了提高變頻器的可靠性，變頻器應用全橋逆變技術，關鍵器件采用最新器件(IGBT)進行逆變，逆變后的SPWM波(正弦波)經過濾波還原為2路交流電壓輸出。且通過同步電路使局部電壓恒超前軌道電壓相位90°。原理見圖3。利用數字電路(EPROM)產生SPWM調制脈沖來實現DC/AC變換。首先由數字電路分別產生基準的正弦波及所對應的三角波，并將2種波形進行比較，產生DC/AC變換所需的SPWM調制脈沖波，再經過邏輯控制驅動電路，將調制脈沖加到逆變功率管的控制柵極，逆變后的SPWM波經過濾波還原為交流電壓輸出。由輸出電壓取樣，經放大、比較、調整基準正弦信號電壓，從而保證輸出電壓的穩定。當保護電路檢測到輸出過壓故障時，控制邏輯電路封鎖SPWM調制脈沖，使該模塊無電壓輸出，同時發出報警信號，故障排除后模塊需重新開機工作。
3.2PYJ-1電源系統操作步驟步驟1．閉合1QF，相應電源模塊上電;模塊上相應上電表示燈亮，模塊面板上的工作表示燈亮了以后，模塊工作正常。步驟2．閉合2QF～11QF，分別供出各回路電源。
4系統應用領域
將鐵路信號電源中最重要且現場難以較快解決的幾種電源整合在一個系統內部，可以提供多種電源輸出。輸出電源種類涵蓋面廣，可廣泛應用于國鐵、高速鐵路、地方鐵路、鐵路專用線、城市軌道交通系統等不同的軌道系統當中，適合鐵路中、小站通信信號電源在突發遭受雷擊、火災等自然災害襲擊，導致系統癱瘓和野外臨時架設通信基站，以及鐵路搶險等異常情況下的應急保障使用。
5系統的社會、經濟效益系統
有3種不同型號，分別控制不同的輸出電源種類，當現場某些支路輸出故障時，可方便選擇合適型號的設備來搶險，從技術上解決了長期影響行車安全的一個問題，彌補了安全生產的漏洞，為鐵路運輸安全提供穩定、可靠的信號電源設備，保證行車安全，具有較大的社會效益。該應急電源系統每套9萬元，可以節約大量的電源屏采購費用。我國正處于鐵路、地鐵、城軌建設的高峰期，每年還有多個外資項目的建設，該項目有良好的市場空間和廣泛的使用前景。該系統通過了鄭州鐵路局技術鑒定，于2010年3月在鄭州電務段上道運用，并在處理圃田站、許昌站、淇縣站故障中發揮了積極作用，縮短了搶險時間，保障了鐵路運輸安全。
