电气化铁路信号电源自动切换系统设计

摘要：针对铁路信号变压器紧缺的情况，铁路信号电源的自动切换系统营运而生，该系统为侧三相低压取样信号，由比较、变压、交流接触器与继电器构成。从实践结果来看：信号电源出现故障时，本系统能及时切断主回路电源，确保电源转化。

关键词：电气;铁路信号;电源;自动切换;系统设计

前  言

铁路信号电源屏是信号设备的电源来源，供电可靠性与电源质量直接影响信号设备的正常运行。铁路信号使用热备用与主用电源进行供电。如果不能快速切换成备用电源信号，很可能造成主用信号缺相运行，线路发生负序分量;如果变压器中性点接地，很可能发生零序分量，都会对电务负荷以及电能质量构成影响，一旦行车效率遭到影响，就可能带来安全事故。

一、信号电源自动转换系统与变压器缺相故障

1.信号电源自动转换系统现状

目前的信号电源转换主要是在二次低压侧相断线故障的基础上设计的，没有考虑高压、低压侧断相与高压侧短路等状态。就掌握的情况来看：当主用信号的变压器供电低压侧一相断线后，车站信号电源就会自动转换成备用电源信号;如果高压侧单相出现短路或者断线故障，此时很难判断故障，设备不动作，同时电源信号难以变成备用的信号电源，让主用信号的变压器处在非全相运行的状态，甚至造成故障绝缘区域薄弱，带来事故。

2.信号供电变压器的缺相故障

铁路供电信号系统主要是地方变电站把110KV三相高压变成10KV中压，并且由铁路主变电所实施，然后再输送到配电所，利用贯通、自闭等方式将各个线路发送到战场。在此期间，各大战场主要使用的是50KV.A与30KV.A，并且容量各不相同的三相变压器，Y/yn-12的接线形式进行，测电压变压器的电压为中性点不需要接地的10KV的高压;测电压低压为380/220V，其中性点接地。

一旦铁路信号供电出现故障，供电信号变压器的低压侧、高压侧都可能产生单相断路、单相接地与两相断路等情况，在这期间，单相高压侧出现故障最多，是影响铁路信号最严重的区域。本文主要以Y/yn-12变压器机型为例，使用的是Matlab/Simulink对供电信号变压器的相关状态实施仿真，对低压、高压侧缺相时测电压低压情况进行反应。

供电信号的变压器高压出现一相断线后，低压故障的相压就会变成11V，不属于故障的相电压下降到190V左右。一旦低压侧变压器出现一相断线，低压侧的故障电压就将变成0，非故障的电压为220V。当低压侧或者高压侧出现两相与单相短路故障，此时低压侧的电压故障将明显减小，直到为0，此时非故障的电压也产生变化。从铁路供电信号反馈的信息来看：铁路信号比重在电务信号持续供电，并且不受外界电压电网影响，各种信号设备电网输入的电压波动都在10%以内。因此，在现实工作中，必须结合变压器故障的具体情况进行仿真分析，将缺相故障电压值设置成190V，也就是当检测到的低压侧变压器的几相或者某一相电压小于190V时，说明信号电源存在故障。

二、电气铁路信号电源自动切断系统构成与工作原理

1.系统结构

根据上述对现有电源信号转换结构的分析，可以从电源信号主路增设自动切换电路，一旦电源信号处于故障状态立即切断三相线路，只要转换设施就能将其换成可靠的预备电源。这种自动切断系统由对比电路、电压采集、线圈控制、接触器交流控制、继电器电路控制构成。

2.整体电路

在信号电源整体电路中，它给出了电压检测a相、b相、c相电路。其工作原理是：先将电源中的相电压视为样品，并且取c、b、a三相电压对比分析，实现电源信号几相或者一相电压小于电压值时，方便输出高电平V0，导通T1，此时继电器线圈KA自动断开常闭触点，此时KM接触器由于失电而断开触点，最后自动关闭侧三相低压电源信号。当电源信号各种电压恢复正常后，就能自动供电。

3.单元构成与工作原理

在交流接触器与电路线圈控制中，本电路单元主要由KM、SB1、KA-1、SB2、KM-3与FU构成， FU熔断器在这期间主要发挥保护功能，KM-3是三相交流主触点，KM是线圈的接触线，KA-1是继电器的常闭触点，SB2与SB1是手动闭合回路。一旦信号电源出现故障，KA-1触点从电路电压检查控制中断开，另外KM-3断开，线圈失电，最后电路供电被切断。

在电压电路变换采集中，本单元电路主要由R2、R1与CHY-400V构成，交流单相电压的隔离器CHY-400V变送器把a相220v转变成0～5V的直流标准电压信号，其中R2是副边取样的变送器电阻，R1是变压器限流串接电阻。

在电路比较中，本电路单元由IC1、Rf、R5、R4、R3构成，Rf属于上拉电阻，Rf与R4的电压值为Vd。当反向输入端IC1输入的实际电压值Vd<V1，IC1中的V0就为低电平，此时供电正常;相反V0是高电平，此时很可能出现故障。另外，LED、R6、非门也属于故障性报警电路，Dz与R7属于限幅稳压电压，Va是稳压后的电平信号。

三、改善信号电源可靠性的建议与发展

1.改善信号电源可靠性的建议

针对信号电源潜存的问题，将老式螺旋式熔断器变成液压断路器，一旦三相电源失衡，由于波动较大，此时最好在三相变压器次级与初级上设置好线圈，利用反串与正串等方式，调整输出电压，让其处于平衡状态。当三相电源相序出现变更，很容易让调压屏反向，此时最好在三相电源的输入端增设防护继电器与相序。在三相电源相序精确并且完整的情况下，输出电子电路，最后由继电器输出。

在电路设计中，尽量让电路设计通用化，随着各种信号设施的快速发展，厂家电源信号正在快速变化，尤其是电路保护，如：断相、取样、电压调整等，都有所改变，由于缺少通用性，在设计不一的情况下，对维护管理会造成很大影响，此时实训实验基地最好主动与厂家取得联系，只有电路得到优化，才能得到和砂盘信号适应的电源。对于大中站电源屏转换，由于手动开工多，难以操作与辨认，最好使用自动转换模式，方便与微机相连。

2.未来发展

随着科学技术的迅速发展，电源设施将实现不同的模块集成，如：整流器、配电交流与直流配电等。只有单元模块容量适宜，结合站场需要，才能控制好迂回，方便处理与查找故障。在智能管理中，使用人机整合的方式，结合屏幕，或者使用封闭结构，突出电源屏应用价值。电源系统将使用多级菜单方式，结合屏幕提示与人机对话的软件界面，方便满足电源系统软件要求。电源拥有良好的监控功能，在远距离实时监控与各种告警并用的情况下，便于使用与维护。

四、结束语

该系统在铁路电务段的应用效果较好，它能快速实现以下功能：信号变压器出现缺相故障，不管是低压还是高压侧故障，只要检查出低压小于既定值，就能控制接触器实现自动切断，进行备用与主动信号的自动切换。当然，为了完善系统设计，在实训中应该整合多种功能，通过模拟作业，及时解决一切潜存的问题，这样才能推进铁路信号由传统技术向现代技术前进。

参考文献：

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