远程切换电源屏及其在大秦线的应用

闫贵青

*太原铁路局电务处 工程师,030013 太原

大秦线是我国铁路的主要运煤专线,2004年和 2007年分别组织实施了 2亿 t和 4亿 t扩能改造,将 9个车站改为中继站,信号联锁设备全部改为计算机联锁,区间全部改为 ZPW-2000A四显示自动闭塞,各站全部安装了信号微机监测并实现了联网。现已基本实现了日均开行 100对以上、日均运量 100万 t的运输组织模式。

目前大秦线共设有 24个车站,18个中继站,平均站间距 27.2 km,其中最长的站间距为化稍营—涿鹿间 53.7 km。由于站间距较长,中继站无人值守,且多处在山区,交通不便,设备发生故障尤其是电源屏故障,会造成中继站上下行 30多架信号机灭灯,故障延时长,影响范围大,对运输生产干扰严重,直接影响运输任务的完成。因此,研究使用远程切换控制电源屏,快速恢复设备供电就成为提高电源屏工作质量的必要前提。

1 远程切换电源屏的特点、原理和功能

远程切换电源屏是基于铁路信号设备输入、输出断路器自动控制及远动控制的新型远动产品,在安装有主用和备用 (冷备)电源屏的无人值守车站,通过增设远程切换电源屏,利用通信传输通道,在有人值守站安装操作控制设备,实现远程主、备电源屏的切换,迅速切除故障电源屏,压缩故障延时,减少对运输的影响。

1.1 远程切换电源屏特点

1.实时监测。远程控制中心可实时监测切换电源屏的运行工作状态,具有故障定位、存储、报警等功能。

2.远程联网。切换电源屏可与微机监测进行联网,实现远程监控和集中管理。

3.多种控制方式,可满足现场人工手动切换和远程自动切换功能,以及切换屏输出断路器远程控制和自动合闸,包括由于偶然因素,如电源冲击、外部负载瞬间短路等造成跳闸后的自动合闸。

4.远程切换控制单元采用 2路电源输入,具有自动转换功能和 UPS不间断供电功能。

1.2 远程切换电源屏技术方案

远程切换电源屏技术方案框图如图 1所示。

远程切换电源屏采用 “整屏备用、远程切换”的应用形式。正常情况下,主用电源屏处于工作状态,备用电源屏冷机备用。当主用电源屏某支路故障后,输出断路器跳闸,远程切换控制功能先对此支路进行自动合闸,若合闸成功,电源系统继续对外供电;若合闸失败,根据系统远程发出的切换指令进行主、备电源屏的自动切换。先断开主用电源屏输入断路器及输出支路断路器,经一定时间延时后启动备用电源屏,并闭合备用电源屏所有支路断路器,由备用电源屏继续对外供电。

图1 远程切换电源屏技术方案框图

1.3 远程切换技术原理

远程切换电源屏主要利用机械自动化原理,结合单片机技术,实现主备电源系统输入、输出自动切换。除具有过流、短路等主要电气故障的保护功能外,还同时具有故障识别、故障指示、过载延时、软件升级等功能。断路器采用美国 AIRPAX公司的远程遥控断路器,具有自动控制功能。

远程切换电源屏动作过程为:当主用电源屏某一支路故障,值班人员通过微机监测判断为电源屏故障后,联系要点(防止断开其他输出电源的过程中影响行车),并通过远程控制系统,发送操作切换指令;远程切换单元收到指令后,自动断开主用电源屏输入断路器和所有输出支路断路器,经一定时间延时后,切换单元自动闭合备用电源屏输入断路器,再闭合备用电源屏所有输出支路断路器,从而使用备用电源屏继续对外部信号设备进行供电。

1.4 远程切换电源屏主要功能

1.自动合闸功能。主用或备用电源屏工作过程中,某支路短路导致切换电源屏断路器跳闸后,系统会开始进行 1～3次的自动合闸操作。

2.自动合闸失败报警。系统在自动合闸失败的情况下,自动锁定,并进行蜂鸣报警及 LED显示报警,同时在电源屏内监测系统显示报警。

3.错误操作报警提示。因人为错误操作而导致备用电源屏输出断路器闭合,系统能自动给出错误操作提示报警,直至人工解决错误操作。

4.主、备电源屏远程切换。主用电源屏因外部原因或自身原因故障后,远程操作人员可针对实际情况,发送远程切换指令。此时,远程切换系统将关闭主用电源屏输入及输出断路器,经过一定时间延时后,启动备用电源屏,继续为外部设备进行供电。

5.手动/自动 2种控制方式。选择手动方式时,系统不受远程指令控制,可进行人工操作;选择自动方式时,系统将可以实现自动合闸及远程切换操作。

6.组网与通信功能。采用 “切换屏—本地 PC机采集端—远程 PC机控制端组网”方式,实现远程监测与控制。

7.不间断供电特性。外部输入断电后,切换控制系统采用 UPS供电,不间断供电时间大于15min。

1.5 远程切换控制单元

该单元是以 MCS-51微处理器 (AT89S52)为CPU的单片机自动控制系统。其原理框图如图2所示。

图2 远程单元切换控制单元原理图

通过对采集到的断路器接点状态进行逻辑判断,根据程序设置,输出相应的控制信号,驱动继电器对断路器进行断开或闭合操作,从而达到主、备电源屏系统的断路器切换。

2 远程切换电源屏的操作

1.维护工区的远程操作。为解决大秦线中继站电源屏个别支路瞬间短路问题,造成输出开关跌落以及局部电源故障的快速恢复问题,采取 “整屏备用,远程 (远程自动)切换”的中继站远程电源屏解决方案。首先在中继站安装 1套冷备电源屏和 1套远程主备切换电源屏,并对电源屏和微机监测进行升级,全面监测电源屏的运行情况,包括各种模拟量、开关量、电源屏模块运行状态,以及故障报警提示等,并进行逐一显示,同时开通微机监测站间透明功能,使维护工区及时远程察看电源屏的运行状态;在此基础上在有人站增加控制操作终端,利用本站微机监测和中继站微机监测通道传输控制命令,实现对远程主备切换电源屏的切换操作,迅速切除故障电源屏,启用备用电源屏,恢复设备供电,压缩故障延时。操作终端可显示主备电源屏和切换屏内各种开关的工作状态。远程切换控制原理框图如图3所示。

图3 远程操作控制原理图

2.电务段、车间、维护工区的远程操作。为了实现电务段、车间对远程操作切换电源屏的控制和管理,需在电务段增设 1套操作控制服务器,通过微机监测网络系统与各站微机监测和中继站切换电源屏连接,采取密码控制、权限设置等管理措施,防止人为的误操作,使正在使用的电源屏发生切换,影响设备的正常使用。同时通过服务器远程监视所有切换电源屏的工作状态,及时发现设备异状,预防故障的发生。

3 实施效果

通过运用远程切换技术,在大秦线组织安装了冷备电源屏和远程切换电源屏,为减少电源屏故障,压缩电源屏故障延时发挥了重要作用。经统计,电源屏故障延时由过去的平均 90 min压缩为15 min,为确保完成大秦线运量提供了技术支持和保证。随着我国铁路大面积提速,站间距延长,中继站增多,对设备的不间断运用提出了更高的要求,该技术的应用为实现双套冗余和最小故障延时创造了有利条件。

[1］ 铁路信号远程电源屏技术条件 .运基信号〔2005〕458号