编组站自动化信号系统设备电源设置方案探讨

徐红新

（中铁第四勘察设计院集团有限公司 湖北武汉 430063）

1 问题提出

自成都北编组站的CIPS和新丰镇编组站的SAM自动化系统开通以来，我国铁路各编组站均相继完成或正在实施自动化改造，编组站发展进入网络化、信息化、自动化的历史新阶段，系统集成度大幅提高。一般车站信号系统都有一个天窗修时间，其故障影响范围相对较小。而编组站自动化系统是一个高度集成的系统，任一作业环节停电都会影响到自动化系统的正常运行。设于编组站站调楼的信号控制集中系统是控制整个编组站的神经中枢，其电源屏要保证7 d／24 h给信号控制集中系统连续供电。早期开通的编组站没有考虑到信号控制集中系统的电源屏停电检修，电源屏停电检修时导致整个编组站作业停摆。因此，需要针对性改进电源屏供电设置方案，从而更好地满足现场作业需要［1－3］。

2 信号电源屏供电系统设置方案

信号电源系统一般由切换屏、UPS、电池屏和输出屏组成，电源屏供电有以下三种设置方案：

（1）单 UPS供电方案

单UPS电源屏供电方案供电原理如图1所示。该方案电源屏只配套1台 UPS及电池组。优点是产品结构简单，投资较节省；缺点是由于 UPS和电池组都没有冗余，当UPS或电池组故障时会导致负载停电。为克服此弊端，一般在 UPS发生故障时进行旁路处理，但旁路直供方案只能保证UPS或电池组故障时的应急供电，不能保证外电源停电时负载正常供电。目前此供电方案在国铁上应用较少，仅在地铁中有应用［4－5］。

图1 单UPS电源屏供电原理

（2）双UPS单总线冗余供电方案

双UPS并联电源屏供电方案供电原理如图2所示。该方案电源屏配套2台UPS及电池组，由2套UPS并联接入输出屏给负载供电。该方案为一般车站电源屏最常用的供电方案，UPS和电池屏都冗余设置，当其中1台UPS或电源屏故障时，故障设备自动离线隔离，能满足负载不间断供电要求。但该方案仅电源输入端冗余，输出只有1条总线，输出总线故障时会导致系统供电中断［6－7］。

图2 双UPS并联电源屏供电原理

（3）双UPS双总线冗余供电方案

双UPS双总线电源屏供电方案供电原理如图3所示，为双UPS单总线冗余供电方案的改进版。该方案需要设置2台切换屏，投资比双UPS单总线冗余供电方案略高。图2方案由于UPS输入端和输出端均并联，当UPS输入端或输出端短路时会导致负载供电中断，因此，将2台UPS的输入和输出总线均独立开来，单电源负载设2个模块，模块输出并联给负载供电；双电源负载由2条总线分别给负载供电。此方案一般用于国铁大型客站和枢纽车站。

图3 双UPS双总线电源屏供电原理

3 编组站自动化信号电源设计

铁路车站信号设备供电基本上均采用智能电源屏，根据《铁路驼峰信号及编组站自动化系统设计规范》（TB 10069—2017）要求，信号楼及站调楼均应采用UPS供电，UPS宜冗余设置。

编组站各场（站）信号设备采用1套电源屏供电，由切换屏、输出屏、UPS和电池屏组成，其中UPS和电池屏为双套配置，电源屏供电原理可采用双UPS单总线冗余供电方案。该配置方案可保证其中1台UPS或电池组故障时负载不断电，各场（站）一般都有天窗维修点，该电源屏配置方案经济实惠，可满足现场作业需要［8－10］。

编组站站调楼信号控制集中系统供电要求高于其他车站（场），以下重点介绍信号控制集中系统供电设计方案。

3.1 用电需求

自动化编组站站调楼信号控制集中系统设备主要有数据库服务器、应用服务器、接口服务器、网络设备、接口机、工作站、维护终端、外部设备等，根据其负载用电特点可以分为两类：

（1）不可停电类

包括核心服务器、接口机、网络设备等，此类设备停电后会造成整个系统无法正常工作，影响范围广，一般均为双机冗余，采用双路电源供电。

（2）可短暂停电类

包括大屏、终端设备、维护设备、监测设备等，此类设备停电不会造成数据丢失、系统停摆，但会导致部分设备无法正常使用，此类设备一般为单机，采用单路电源供电。

3.2 电源屏供电系统设计

编组站自动化信号控制集中系统是整个编组站的控制中枢，必须7 d／24 h连续工作。在电源屏供电设计时不仅要考虑电源屏本身故障时的冗余，还应考虑电源屏停电检修对系统供电的影响。因此，编组站站调楼的信号控制集中系统可设2套电源屏双总线供电，对于双电源负载由2套电源屏分别提供1路电源；对于单电源的负载，在2套电源屏的2条输出总线之间设1台静态转换开关（STS），2条输出总线经STS切换后给单电源负载供电，以保证单电源负载也有2路电源冗余供电。电源屏供电原理如图4所示。

图4 编组站自动化信号控制集中系统电源屏供电原理

3.3 电源屏配置

编组站信号控制集中系统设备供电为一级负荷，设智能电源屏供电，由外电网提供两路独立电源通过防雷开关箱引入至电源屏。信号控制集中系统设备的电源屏由稳压切换屏、STS、输出屏、电池屏和UPS组成。UPS蓄电池的供电时间应不小于 30 min［11－12］。

（1）稳压切换屏

稳压切换屏的作用是对外电源进行稳压，并对两路电源进行切换，当一路停电时自动切换到另一路，保证电源屏输入不间断。切换屏应按双套设计，2套切换屏从电源防雷箱并联接入到Ⅰ、Ⅱ路外电源上。

（2）UPS及电池组

每套切换屏的UPS及电池组均按双套设计，2套切换屏共需对应设置4台UPS及电池组，这样其中1套切换屏停电检修时仍有2台UPS及电池组在线后备。当其中1套电源屏的UPS及电池故障时另1套电源屏仍正常工作，不会造成系统断电。

（3）STS

对于可短暂停电的单机设备，其供电采用一路电源，如果直接由其中1套切换屏供电，则当该切换屏停电检修时会造成负载停电，虽然不影响信号控制集中系统数据丢失，但会造成部分系统外部设备停摆影响作业。因此，设置1套STS，STS故障率很低，无需停电检修，可实现毫秒级切换，切换时不会造成单电源负载设备停电。即使STS损坏需要更换，也只影响到外部终端设备的正常使用，不会影响系统核心设备。

（4）输出屏

输出屏为信号设备提供交流220v电源，应设置2台输出屏，但这2台输出屏不是互备关系。对于双电源负载，由2套输出屏分别给A、B机供电，保证其中1台输出屏故障时双机设备还能单机工作；对于单电源负载，应按用电负荷均匀分配至2台输出屏中，目的是为了保证2套切换屏输出功率尽量平衡。

3.4 信号控制集中系统的电源屏容量计算

信号控制集中系统设备包括机房设备、调度大厅终端设备、系统维护设备、监测设备等，电源屏容量应根据系统设备构成种类、数量计算，可按照以下参数计算（不同厂家设备可能会有区别），具体计算参数如下：

小型机额定功率约为：1 725 W；

服务器的额定功率为：500 W；

工控机的额定功率为：300～400 W；

交换机额定功率为：50～150 W；

液晶显示器额定功率为：330 W；

背投屏额定功率为：396～792 W（不同类型的屏可能区别较大）。

（1）大屏幕显示墙

不同编组站的站形和功能需求略有不同，大屏幕显示墙一般由14～16块80英寸背投屏组成，大屏总功耗应根据其拼接数量计算。

（2）值班员监控终端

每个信号调度台上的所有显示器可采用1路电源供电，容量根据显示器数量计算。

（3）数据库机柜、网络通信机柜、集中控制机柜、终端机柜、接口机柜、联锁上位机柜等核心机柜设备一般为双机热备，每台机柜采用2路独立电源供电，容量应根据机柜中服务器、工控机等设备数量计算。

（4）系统维护机柜

系统维护机柜内一般设置电务维护工控机、网管／防毒工控机、施工台工控机等设备，该机柜设备为单套设备，采用1路电源供电。

（5）集中监测机柜

集中监测机柜主要对外电网和电源屏进行监测，该机柜额定功率按2 200 W考虑，采用1路电源供电。

（6）机房维护终端

包括集中控制维护终端、网管维护终端、调机自动化维护终端、联锁维护终端等，用电量根据终端数量计算，采用1路电源供电。

（7）施工台终端

一般在调度大厅或其余房间设施工要点联络台，施工台终端可由电源屏供电，也可就近用普通照明电。

（8）车间及工区信号集中监测终端用电计算

车间及工区集中监测终端可以由电源屏供电，也可以就近用照明电，若车间／工区的监测终端距电源屏较远，建议就近用照明电。

根据以上计算原则，参照已开通编组站的实际用电量，信号控制集中系统每套电源屏容量一般为60 kW左右，外电网Ⅰ、Ⅱ路电源供电容量均应为80 kW左右。

4 结束语

株洲北编组站自动化改造时发挥后发优势，吸取了以前编组站改造的经验教训，对编组站自动化信号控制集中系统电源屏供电进行了方案优化改造。采用2套电源屏双总线供电后，系统供电可靠性得到了较大提升，除非遇到外电网Ⅰ、Ⅱ路同时停电且电池电量耗尽的极端情况，基本可保证信号控制集中系统7 d／24 h不断电。株洲北编组站自2017年开通以来，没有发生因电源屏停电影响设备运行的情况，应用效果良好，后续编组站自动化设计可借鉴该电源设计方案。