铁路信号系统的电源技术的研究

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　　摘要：本文介绍了应用于铁路专线信号电源的供应情况，同时也分析了在铁路的信号系统的电源所存在一些主要的弊端，同时针对这些情况提出了一些解决的途径。
　　关键词：信号系统　电源技术　铁路
　　
　　引言：
　　
　　铁路信号系统的供电的可靠性是保证列车安全、正点到达，是提高列车的通过能力的重要因素，近几年来，随着铁路列车速度的逐步提高，对铁路信号供电的可靠性的要求也越来越高。本文针对目前信号供电中存在的一些问题进行了如下的探讨，并指出了问题的解决办法。
　　
　　一、铁路专线信号电源的供电情况
　　
　　铁路专线信号电源供电是在20世纪60年代的时候开始的，开始为单同路10kV供电，每50km－70km设有一个变配电所，变配电所之间设有一个供电臂，最大负荷大概为3A-5A，这属于较长距离送电、小负荷用电的特殊线路。单回路电源供电故障率高，可靠性低，超长距离电力线路的故障查找、处理一般需要3h-4h。长时间、大范围的故障停电，对运输的干扰是很大的，由此诱发的停车事故也是常见的。到20世纪80年代末90年代初，为了提高信号供电的可靠性、开始增建贯通电力线路，变配电所的控制方式也由“高-低-高”改为“高-高”供电方式。
　　
　　二、信号系统电源存在的问题
　　
　　1、铁路电源的污染较严重且谐波含量较大
　　电力电子技术发展迅猛。在IT业和交通部门的供电设备上得到了广泛应，包括大功率整流在电气化铁路的应用，使得谐波对电力设备、电力刷户和通信线路等的有害影响十分严重。铁路沿线的电源是从就近的地方电源接引。而个别地方还有直接接引于牵引变电所的电源，这些电源有很多都含有不同程度的高次谐波，而从牵引变电所接引的电源谐波将更为严重。谐波污染对电力设备的危害是严重的，初步归纳起来主要表现为：过负荷和发热、增加介质应力和过电压、干扰和危害以及破坏电子设备和保护控制设备的性能和正常工作，引起系统铁磁谐振，铁磁谐振可以是基波谐振、高次谐波谐振，也可以是分次谐波谐振，其表现形式可能是单相、两相或三相对地电压升高，或以低频摆动，引起绝缘闪络或避雷器爆炸，或产生高值零序电压分量出现虚幻接地现象和不正确的接地指示，或者在电压互感器中出现过电流，引起熔断器熔断或互感器烧毁，甚至还可能使小容量的异步电动机发生反转现象。在运行中信号电源屏为了保证相序的一致性，在两路电源转换的条件中加装了相序继电器，作为电源能否使用的一个条件。而这类相序继电器对电源中的谐波较为敏感，当电源中谐波含量达到一定值时相序继电器启动，相序继电器启动将切断信号电源屏接触器的电源，使电源无法送到电源屏上。
　　2)两路电源同时停电现象时有发生
　　目前在繁忙干线虽然都增建了贯通电源，但是同时停电的故障还是不断发生。例如：1994年5月28日。京包线柴沟缓变电所春季预防性试验，相邻所电源停电，造成一个供电臂断电，机车乘务员误认信号臆测行车，造成列车尾追事故。给国家造成了恶劣的政治影响，给人民的生命财产造成了重大经济和人员损失。
　　当今，在主要干线对信号供电都建成了双回路，但在相当一部分铁路线上还有单回路供电的问题。而且在这些地区大部分都在山区或在交通不方便的地区，在这些地区电力线路一旦发生故障很难在短时间内恢复，对于运输影响很大。
　　
　　三、解决问题的办法
　　
　　1)改造信号用相序继电器
　　在信号电源屏上采用新的相序继电器。目前，信号电源屏谐波含量在10％时相序继电器就可动作，灵敏度太高。因此建议相序继电器厂家应根据这种情况，研究制造新的相序继电器，提高继电器的耐谐波能力。这是因为笔者在现场测试中，一个供电臂有几个车站，这些车站并不是个个车站相序继电器都动作，说明相序继电器在制造过程中，因各种原因其耐谐波的水平是不同的，这也说明相序继电器在制造中提高耐谐波的能力也是可行的。
　　2)采用新的信号供电方式
　　为了解决信号供电因谐波含量较高，影响信号供电的问题，在380侧改为“交－直－交”的供电方式，“交－直－交”电源装置可以是单相输入单相输出，也可以单相输入三相输出，还可以三相输入三相输出。其工作原理是将三相380V或单相220V引入到交流－直流转换电源装置机柜中。在交－直变换过程中：线性和非线性滤波器净化输入电源，滤掉谐波和瞬间尖峰脉冲等，同时也起到双向抗干扰作用。电源经过整流和LC滤波后，得到不稳定的直流屏直流电压。直流屏直流电压通过PMW直流控制器调整稳定和C型滤波继续滤除纹波，得到稳定的交流屏直流电压，为下一步的直－交变换做好准备。在直－交变换过程中：采用SPWM三相逆变器，把直流电压变换成三相SPWM涮制波，再通过Lc正弦化处理电路和三相四线制输山隔离变压器变换成高品质的单相220V和三相380V工频正弦波交流电。
　　3)在电气化区段为信号系统增设多路电源
　　为了确保双回路信号供电电化区段繁忙干线信号供电安全和单回路信号供电电化区段信号供电可靠，在每个中间站增设27.5kV／0.23kV变压器，电源从接触网上接引。电压降低后接人“交一直一交”电源装置，将单相230V电压经过逆变器变成三相四线380V电源，供给信号楼作为第三路电源使用或第二路电源使用。
　　
　　四、经济效益分析
　　
　　从接触网上接引电源经过“交－直－交”电源装置向信号系统供电的方式也可以用在新建的电气化铁路上，采用这种方式向信号系统供电，可以减少新建一路10kV线路的建设费用。降低基本建设投资。以石太客运专线为例。电力线路设计全长200km，共设6个车站、55个用电点、3个配电室、如果修建两条贯通线。按电缆计算。综合价需要70万元，kmx200=14000万元：如果只修建一条贯通线，造价为7000万元，二路电源使用电源，容量20kVA，一处造价在55万元以内，造价为55万元x55=3025万元，合计10025万元，可降低造价3975万元。从以上的分析来看，在电气化铁路逐渐增加的今天.选.Flj“交－直－交”电源作为二路电源从经济效益和社会效益上看都是很大的。
　　
　　五、结语
　　
　　信号供电的可靠与否是保证列车安全、正点、提高列车的通过能力的重要因素，随着列车速度的不断提高及高速铁路的建设，对信号供电的可靠性要求将越来越高。针对目前信号供电中存在的问题进行探讨，并找出了问题的产生原因及解决办法不妥之处请指正。
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