铁路信号点灯单元的可靠性探讨

宋玉鼎

摘要：我国普速铁路信号显示，依然依靠地面信号机，信号机能否正常工作，直接影响行车安全与运输效率。为了保证铁路信号机的可靠工作，必须要有稳定可靠的信号光源，而点灯单元是信号光源的核心部分。针对目前铁路信号点灯单元可靠性低的情况，通过认真分析，从探讨灯丝转换器件的选取、灯丝转换继电器的驱动原理上做出改进，并且提出利用载波通信为监测单元提供可靠电源，提高了信号点灯单元的可靠性，为铁路信号点灯单元实现“故障修”提供技术保障。

关键词：铁路信号点灯单元信号光源可靠性

中图分类号：U284

Discussion on the Reliability of Railway Signal Lighting Units

SONG Yuding

（Luoyang Railway Information Engineering School， Luoyang， Henan Province， 471000 China）

Abstract： The signal display of ordinary-speed railways still depends on ground signals in China， and whether signals can work normally directly affects traffic safety and transportation efficiency. In order to ensure the reliable work of railway signals， it is necessary to have stable and reliable signal light sources， and the lighting unit is the core part of signal light sources. In view of the low reliability of railway signal lighting units at present， through careful analysis， this paper discusses and improves the selection of filament conversion devices and the driving principle of filament conversion relays， and proproses to use carrier communication to provide reliable power supply for the monitoring unit， which improves the reliability of signal lighting units and provides technical guarantee for the realization of the "fault repair" of railway signal lighting units.

KeyWords： Railway signal; Lighting unit; Signal light source; Reliability

铁路在我国经济发展过程中起着举足轻重的作用，铁路信号设备是保证铁路安全、快速、稳定运输的关键技术装备。铁路信号设备的稳定可靠工作是铁路安全指挥信息传递的重要保障，信号机是安全信息载体之一，作为信号机工作状态的监测装置，点灯单元的可靠性不言而喻。

铁路信号故障--安全原则，要求信号机点灯必须安全可靠，目前所使用的信号机灯泡为双灯丝，正常状态下主灯丝点亮，主灯丝断丝瞬间必须自动转换到副灯丝，由副丝继续完成信号显示任务，并给出报警提醒维护部门及时更换信号灯泡，防止发生灭灯故障影响行车。上述功能均由信号点灯单元完成。本文从目前点灯单元主要存在的灯丝转换继电器可靠性问题、监测单元电源问题、监测单元自检问题出发，探讨点灯单元的可靠性。

1现有点灯单元存在的问题

1.1现有灯丝转换继电器可靠性低

目前国家铁路集团公司要求铁路信号点灯单元的使用寿命15年，2015版《普速铁路信号维护规则技术标准》2.4.1和TB/T3202-2008《铁路信号点灯单元》4.10，均要求点灯单元中灯丝转换继电器的无故障转换次数不应少于50万次，2015版《普速铁路信号维护规则技术标准》11.5.5规定灯丝转换继电器的电寿命为30万次，TB/T2657-2016《JZSJC型交流灯丝转换继电器》4.21规定灯丝转换继电器的电寿命大于50万次，以上规定要求点灯单元中的重要元件灯丝转换继电器的可靠性必须达标。目前铁路现场灯丝转换继电器受现场环境因素的影响可靠性降低，难以满足总公司15年的使用要求。如果定期送检，则维护工作量加大，给现场维护带来极大的不便。

灯丝转换继电器为电流型继电器，虽然在设计时已经考虑了发热问题[1]，采用硅钢片叠成非整块铁芯，减小涡流发热。但是在信号机点灯电路中，灯丝转换继电器的线圈串接在信号灯泡的主灯丝电路中，主灯丝工作时线圈电流2A左右，线圈持续发热。灯丝转换继电器安装在点灯单元内，被固定在信号机机构、信号变压器箱等有限空间内，继电器工作所产生的热量无法及时的散发出去，导致线圈和铁芯温度过高[2]，热量通过导热、热对流、热辐射的方式传递至接点系统，整个继电器的温度将升高。

我国南方地区夏季潮湿多雨，水蒸气及空气中的有害气体容易进入灯丝转换继电器，在高温情况下，触点表面极易发生腐蚀，在银-银氧化镉触点表面生成氧化物，触点接触电阻增大，造成触点失效。除此之外，高温、潮湿、污染的环境还会造成继电器的机械传动部件生锈腐蚀，造成机械卡组，使继电器的励磁所需要的电磁力变大，影响继电器动作。

另外，我国的北方冬季易出现-30℃以下极端天气，低温将导致灯丝转换继电器尾部的反力弹簧收缩力下降，主灯丝熔断后，反力弹簧收缩力变小，将导致继电器无法释放，造成主丝断丝后无法转换到副灯丝，使信号机灭灯，影响行车。

1.2监测单元没有单独电源，无法实现自检

目前监测单元的电源没有专门供给，均来自于点灯电源，一般有两种获取方法：第一种，通过整流器把点灯变压器二次侧交流电整流成12V直流电，供控制继电器吸起用，5V三端稳压器把直流12V稳压成5V直流电，给单片微机及其附属电路供电[3]。第二种，通过点灯变压器的二次侧线圈抽头，调整后获得监测单元所需电源。

点灯单元在主丝断丝后，灯丝转换继电器落下接通副丝电路，同时启动监测单元向室内发送主丝断丝信息。监测单元在主丝正常工作的情况下，处于不工作状态，不发送任何信息。监测单元是否完好，在很长一段时间内处于未知的状态，一旦监测单元在主丝正常的情况下发生故障，若此时发生主丝断丝，将无法产生主丝断丝报警，维护人员无法及时发现主丝断丝，极易造成主副丝双断故障。

以上问题导致了点灯单元的可靠性低，改进现有点灯单元，提高点灯单元的可靠性、降低点灯单元的故障率，势在必行。

2问题解决方案

2.1选择密封继电器

针对现有灯丝转换继电器可靠性低的问题，可采用小型密封继电器作为灯丝转换继电器来提高点灯单元的可靠性。据某铁路集团公司统计，管内所用该设计思路的点灯单元，三年内只有一台出现故障，故障率极低。

铁路现场现有灯丝转换继电器为非密封继电器，对外界环境变化的敏感性较强，容易受列车振动、气温变化、空气湿度，空气污染等因素影响，造成线圈受潮、接点腐蚀、机械卡组、稳定性和可靠性下降。

密封继电器性能优异，已广泛应用在航天等领域。密封继电器具有全密封的机构，对外界恶劣环境的抵抗性能强，内部充以保护性气体来保护触头，延长触头使用寿命，接触稳定性高，且电寿命和机械寿命长、抗振性能优良，所以密封继电器能适应铁路沿线长期存在的气候应力、环境应力，而且小型密封继电器的价格远低于灯丝转换继电器，是传统灯丝转换电路改进的优选元器件。

2.2灯丝转换继电器由电流驱动转变为电压驱动

现有灯丝转换继电器为电流型继电器，线圈串接在信号灯泡主灯丝电路中，由电流驱动工作，电流较大，发热问题难以克服。为了解决现有灯丝转换继电器的发热问题，可在主灯丝电路中串接一个TB变压器。当主灯丝正常工作时，TB变压器将主灯丝电路中2A的电流信号转换为稳定的电压信号输出，用电压信号驱动欧姆龙小型密封继电器励磁，切断副灯丝电路；当主灯丝断丝时，TB变压器输出侧电压信号消失，小型密封继电器落下，接通副灯丝电路，原理框图如图1所示。

利用TB变压器，将原灯丝转换电路中电流信号驱动灯丝转换继电器，转变成了利用稳定的电压信号驱动欧姆龙小型密封继电器，TB变压器输出侧输出的电流为毫安级，降低了灯丝转换器件中的电流值，有效解决了原灯丝转换继电器发热带来的问题，提高了铁路信号点灯单元的可靠性。

2.3利用电力载波通信，实现监测单元独立供电

2.3.1什么是电力载波通信

电力载波通信，是利用电力线作为信息传输媒介，进行语音或数据传输的一种特殊通信方式。载波通信技术在发送侧将需要发送的数据调制为符合要求的高频信号，经耦合器耦合到作为通道的电力线上，传输至接收侧后，经接收侧耦合器解耦，调制解调器解调，还原出原始数据，完成数据传输。

将电力载波通信技术应用在铁路信号点灯单元中，实现监测单元与点灯电路主电路完全隔离，消除了监测单元对主电路的影响。

2.3.2电力载波通信通道的选择

铁路信号点灯电路中现有的电力通道主要有两条：第一条为点灯回路，室内通过继电器检查联锁条件后，再通过电缆将信号机点灯电源送至室外点灯单元内的点灯变压器，每架信号机具备相对独立的点灯回路，但点灯回路作为铁路信号系统的主电路，严格要求其安全性，因此不应将点灯回路作为载波通信的通道；第二条为灯丝报警通道，灯丝报警通道按咽喉区从室内灯丝报警电缆出发，在室外电缆盒处发生分支，然后到达信号点灯变压器，整个咽喉的报警通道呈树状分布，电缆传输线路负载相对较小，信道阻抗特性相对较好[4]，利于载波信号传输。所以，载波通信传输通道应选择既有的灯丝报警通道比较合理。。

2.3.3监测单元实现自检测

利用电力线载波通信技术，为监测单元提供连续可靠的电源，设置监测单元的自检机制，使监测单元周期性自检[5]，并将自检状态信息通过载波通信信道周期性的发送至室内报警总机，报警总机收到室外监测单元自检状态信息后，给出监测单元状态判断。当监测单元出现故障，报警总机收不到监测单元的自检信息时，输出监测单元故障信息，通知维护人员及时更换，提高信号点灯单元的工作可靠性。

在监测单元具备持续工作的基础上，还可拓展监测单元监测的数据内容，比如：点灯单元Ⅰ次侧电压电流，点灯单元Ⅱ次侧主、副灯丝电压电流等数据，为未来集中监测智能故障诊提供可靠的信号机室外监测数据。

3结论

综上，选用成熟稳定的小型密封继电器，提高点灯单元寿命，实现点灯单元“故障修”；利用TB变压器，将电流驱动灯丝转换继电器转变为电压驱动小型密封继电器，解决了原点灯单元中灯丝转换继电器发热问题；引入电力载波通信技术，给监测单元单独供电，避免了监测电路对点灯主电路的影响；监测单元平时工作在带电状态，实现了自检测功能。铁路信号点灯单元经改进后，能克服现有技术缺点，可靠性大幅提高，能更好的适应各种使用环境，故障率大幅降低。

参考文献

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