信号机房双电源改造技术方案可行性研究

庄 维，凡振松，王 利

（1.卡斯柯信号有限公司, 北京 100070；2．上海市铁路智能调度指挥系统工程研究中心，上海 200071）

电力系统是铁路轨旁信号机房的最基本组成部分，也是铁路运输安全生产的基本保障，尤其是室内供电系统更是承载着铁路信号设备稳定运行和安全稳定的控制功能。随着信号设备的密集化、多功能化的发展，对电力稳定的输出有更严格的要求。下面以2009年开通的首条高速铁路专线郑西线洛阳龙门站为例进行探讨。

1 机房信号设备系统既有工程概况

1.1 现状调查

该站采用鼎汉厂家的第三代智能电源屏PZG系列。系统以自动控制为核心，技术上采用功率电子预热电磁技术、使用高频逆变开关电源稳压模块（Power Factor Correction，PFC），设计上入口电源接外电网采用两路三相交流电双Y型切换输入方式、先集中稳压后并联输出供电，同时模块支持热插拔。在电源工作过程中监测模块对各参数进行监控，如有异常发出声光报警。

该站智能电源屏按照功能由以下部分组成，系统示意如图1所示。

1.2 双电源的设备类型介绍

站内行车和调车作业安全的信号控制设备联锁系统、地面信号控制设备列控系统、集中调度控制车站CTC系统、轨道电路、通信机柜内的通信组匣（通信接口板）和安全数据网业务的交换机设备，运转室内的联锁操作终端和CTC/TDCS车站终端都需要智能电源屏变压器模块二对二冗余模式双路供电。单电源常见的故障表现为电源模块内部故障、输出电路器断开、单电源破皮接地等。当电流电源欠压时，电源模块自动关机保护，需人工故障排除后才能重启模块恢复工作。当电流限流时，也会造成断路器断开而无电压电流输出。一旦影响行车的设备断电，会引发恶性事故。

在不影响既有系统使用情况下，郑西线双电源改造受限于大修年限和工程量的超时风险，需在一个施工天窗点内完成。根据洛阳电务段提出的方案需求，本次改造涉及到上述信号子系统中TDCS/CTC、安全数据网和通信接口板3种设备的供电电源。单电源系统供电可靠性差，双电源供电的改造势在必行。

图1 电源屏供电示意图Fig.1 Schematic diagram of power supply of power panel

2 改造技术方案与分析

2.1 方案一：负载电源改成双电源输出

由于每个站使用电源屏机柜数不同，安装使用的电源模块数也不同。在不影响既有供电模块工作前提下，以洛阳龙门站为例，在电源屏供电机柜上新增信号设备的二路电源模块，即系统内部配电单元的二路负载输出，同时开关电源模块的额定功出电压和电流有如下要求。

1）新增TDCS/CTC电源2模块 AC220 V/10 A；

2）新增安全数据网电源2模块 AC220 V/1.5 A；

3）新增通信组匣(通信接口板)电源2模块AC220 V/7 A。

优点：子系统设备输入端市电可以直接接入电源模块，电源模块单独处理，避免集中稳压带来的共性失效问题。模块采用“1+1”热备份，可靠性高。同时监控内容细分化便于用户维护。

缺点：由于没有在功率切换装置控制，模块的功率损耗高，效率低，并且外电故障还会引发设备系统断电。

2.2 方案二：新增加系统外部UPS不间断供电电源

在对电源有特别要求的信号系统中，以TDCS/CTC系统为例，采用电源屏和设备中间串联一组不间断供电设备UPS来满足需求。本次设计探讨拟采用双套APC Smart-UPS RT 2000UXI型号240架装式不间断电源，电源主要功能是实现双路UPS的负载自动切换供电，保证负载UPS 故障情况下能够自动切换到备用UPS。双套UPS故障或者UPS维护更换期间也可以切换为旁路由电源屏直接给CTC设备供电。UPS系统拓扑如图2所示。

当CTC 系统I、II路正常供电，双套UPS开机后，切换器自动选择一路UPS输出作为系统的电源，并对应该路的APC设备工作指示灯亮；当双套UPS输出都正常时，哪一套先输出则选择哪一套作为系统电源。UPS输出电源优先于旁路电源系统，只有在两套UPS 输出都没有或都不正常时，才自动切换到旁路，并且旁路工作指示灯亮。

图2 UPS系统拓扑图Fig.2 Topology diagram of UPS system

优点：保障电源供应的稳定性，并应对外部突发断电等异常情况下仍能保障设备正常运行，以便留有缓冲时间来应急处理断电故障。同时，利用既有排架报警盒盯控断路器闭合情况，传给监测系统便于日常巡检。

缺点：UPS系统关联设备多，需要额外的空间来安装，不利于空间不足的系统设备中，另外成本大，对于没有必要的设备可选择其他供电方式。

2.3 方案实施设计

整合上述两种设计方案保障设备供电的可靠性，如图3改造设计中双虚点划线所示。CTC车站分机系统设备在电源屏输出端新增高频逆变开关电源稳压模块，在机柜输入端加装UPS不间断电源和双电源切换装置系统，使得在一路供电异常后可以不影响设备工作下自动切换另一路供电。当两路供电都异常后，启用外接UPS电源可在短时间断电内仍保障设备系统正常工作。

通信机柜内的通信组匣（通信接口板），受限于机柜内部空间影响，接口板已经是双套板冗余工作，只增加两个板子的二路电源供电即可，不需提供UPS系统，监测系统监测供电模块的空开状态。

安全数据网业务的交换机设备，内部自带切换和稳压控制，不需要额外提供UPS系统，需增加二路电源模块输入即可，监测系统增加盯控电源屏模块输入端断路器的开闭状态。

以洛阳龙门为例，改造原理结构如图3所示。

3 监测双电源供电系统

当改造过后应当对双电源设计技术方案进行检验，包括人为断电，耗时断电和故障断电。查看电源屏报警显示器是否有报警提示和声响，此视为一级监控；并且电源屏报警信息通过RS-485串口线发送报警信息给监测站机进行后台监控，以共线通信通道方式进行集中组网监测，控制中心集中监测系统调阅远程监测终端，查看是否有电源屏报警一级报警记录和报警内容。并且在模拟量上能准确显示新增二路的电压值和电流值，实现远程实时动态监测和管理，此视为二级监控。

图3 改造原理结构图Fig.3 Structural diagram of reformation principle

4 结束语

经过探讨郑西线洛阳龙门站信号机房的双电源改造技术方案，认为方案三提到的CTC信号设备系统改造用双电源控制具有可行性。在正常情况下，两路电源同时供电，各承担50%的负荷，当任何一路电源断电时，可自动转成另外一路承担全部负荷，即使两路电源都断电，也能在一定时间内保证设备的正常工作，能有效的解决单电源供电的不稳定性问题，并且在监测系统的监控下，不仅实时盯控双电源输出的工作状态，及时发现问题解决问题，还能减轻维护人员的工作量，保证系统可靠、稳定的运行。具有对郑西全线双电源改造工程具有普遍指导意义。