第４４卷Ⅵ）Ｉ．４４ 第４期 Ｎ‘Ｊ．４ 铁道技术监督 研究与交流 ¨１）、 、、１）（ （） Ｍｌ、Ｉ（、 ｌ Ｉ（）、、 信号电源设备与前级电力空气开关匹配问题的研究 梁君 ，刘 延 （１．苏州市轨道交通集团有限公司，江苏苏州２１５０００；２．北京鼎汉技术股份有限公司，北京１０００７０） 摘要：从标准、设计及原理的角度介绍信号电源设备与前级电力空开间匹配问题的表现、产生原因， 提出双总线供电方式的轨道信号电源供电方案，能够有效降低电源设备与前级空开产生匹配性问题的概率， 同时又进一步提高系统可靠性。 关键词：轨道交通；供电；信号电源；电力空开；匹配 中图分类号：Ｕ２８４．８ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００６—９１７８（２０１６）０４—００４２—０３ ｌ 问题提出 我国城市轨道建设的快速发展极大地推动了轨 道信号电源设备产品的迅猛发展，同时也暴露出现 系统成本。 ２产生原因 导致信号电源设备与前级电力空开问 配问题 的原因主要有：难以有效实现分级防护、铁路信号 电源屏行业技术条件与电力标准不匹配、电源屏冲 击电流值较大、配电设计对脱扣特性关注度不够。 ２．１难以有效实现分级防护 有信号电源设备供电架构上的一些问题。信号电源 设备与前级电力空开间匹配问题是其中较难解决的 问题之一，其表现为： （１）信号电源设备输入空开额定电流大于前级 电力空开额定电流。 由于配电级数过多，产品过于复杂，导致难以 （２）信号电源设备内部出现故障时，信号电源 设备与前级电力空开无法实现有效分级防护，信号 电源设备输人空开尚未动作，前级电力空开已经动 作，导致故障定位困难，增加了故障排除的难度。 （３）严重不匹配时，信号电源设备尚在正常工 有效实现分级防护。依据ＧＢ ５００５２－２００９《供配电 系统设计规范》中４．０．６要求：供配电系统应简单可 靠，同一电压等级的配电级数高压不官多于２级； 低压不宜多于３级。其附注解释也明确说明如配电 级数出现３级，则中间一级势必要与下一级或上一 级之间无选择性。 作，前级电力空开可能跳开，导致信号电源设备失去 供电，进而导致整体信号系统停止工作，后果严重。 信号电源设备与前级电力空开问匹配问题跨接 ２个不同工程界面，由于 而信号电源设备与前后级空开所形成的整体系 统较为复杂，典型城轨信号设备原理如图１所示。 旁路稳压器 ｒ一一一一一 故障点位于电源系统输入 端，故障影响范围大，定 位困难，处理时间长。为 此，提出一种解决方案， 使用双总线供电方式为后 端负载供电，减少变换级 数，简化系统复杂程度， 降低故障发生概率，节省 收稿日期：２０１６ ０卜１Ｏ 作者简介：梁君，工程师；刘４２· 延，工程师 图１典型城轨信号电源设备原理 ２０Ｉ６ ４ Ｊ ｊ ｆ总 ３５４ ｊ ·铁道技术监督 第４４卷第４期 由图１可以看出，信号电源设备的输入空开处 于ＵＰＳ空开、旁路稳压器空开、变压器空开、负载 空开与电力空开之间的６级配电的第２级，由于配 电级数过多，远远超出ＧＢ ５００５２中的配电级数要 求，导致各级空开分断特性过于接近，进一步造成 无法有效实现各级空开的分断选择性。同时，由于 串联级数过多，导致整体系统可靠性大大降低。 ２．２铁路信号电源屏行业技术条件与电力标准不匹配 ＵＰＳ上电时冲击电流主要由隔离变压器的励磁 电流组成。由于变压器自身特性，当旁路上电时， 其励磁电流可达到额定电流的ｌ５～２０倍，远远大于 额定电流，往往会导致前级空开的误动作。 ２．４配电设计对脱扣特性关注度不够 由于前述３条原因，信号电源设备的前级空开 选择本身就十分困难，而实际中，设计人员对空开 的选择也存在一定的问题。空开针对该冲击电流的 匹配主要体现在不同的脱扣特性参数上。Ｂ特性、 ｃ特性和Ｄ特性空开脱扣特性存在差异，Ｂ特性空 开的电磁脱扣点一般在３．５～６倍，而Ｃ特性空开在 现行铁路信号电源设备行业技术条件主要依据 《铁路信号智能电源屏技术条件（暂行）》（运基信号 ［２００５］４５８号）中５．４－２要求“输入回路宜不大于 额定电流的２倍设置断路器容量”。同时考虑到对现 场复杂电网情况的适应能力，ＴＢ／Ｔ １５２８．１—２００２《铁 ５～１０倍，也就是说即使是相同额定电流的空开，Ｃ 特性比Ｂ特性空开对冲击电流的耐冲击能力要强。 如果选用Ｄ特性或Ｋ特性空开，空开对冲击电流的 耐受能力将进一步提高。 目前，很多配电设计人员在遇到空开对冲击电 流耐受不足时，首先选择增大空开额定电流而不是 提升脱扣特性。虽然如果将空开额定电流提升一倍 路信号电源屏第ｌ部分：总则》中第５．１．５条规定 了信号电源设备的输入电压下限为１７６ Ｖ，即设计 时需要按１７６ Ｖ计算满载工作电流。 而在电力设计标准中，计算电流取电压参数时 往往按照２２０ Ｖ计算电流。如ＤＬ／Ｔ ６１５—１９９７《交 流高压断路器参数选用导则》中４．２．１中规定“断路 器一切技术参数按照其额定电压进行核算”。按照 和将空开脱扣特性提升一级，空开对冲击电流耐冲 击的提升是近似的，但是提升空开额定电流将降低 空开对过载的保护能力。同时，由于行业标准的限 １．２～１－３倍设置断路器容量，再考虑到断路器容量值 还需按规格系列值取整，故这２级断路器可能出现 倒挂现象。 ２．３电源屏冲击电流值较大 制，空开额定电流也不可能无加大，最终导致 了很多现场问题的出现。 信号电源设备由于ＵＰＳ自动旁路的存在，同时 ３解决方案 综合分析以上４种原因，标准不匹配问题短时 间内不易得到有效改善，而空开特性的调整能对改 善问题起到一定作用，但可调节度优先。空开匹配 问题的根本原因，还是系统层级过多而导致的配电 层级过多，以及自动旁路冗余方式的存在。因此， 提出双总线供电方式系统供电方案，如图３所示。 由于隔离供电需求添加的隔离变压器励磁电流的存 在，最终导致电源屏冲击电流值较大。由于信号电源 设备均要求隔离供电，其内部必须设置隔离变压器。 目前，城轨信号电源设备所使用ＵＰＳ设置有自 动旁路功能，当自动旁路上电时，隔离电压器的励 磁电流将不经过ＵＰＳ缓冲，而是由自动旁路直接冲 击输入空开。ＵＰＳ上电时冲击电流来源如图２所示。 双总线供电方式系统供电方案不再使用旁路串 联稳压器方式进行冗余备份， 而是采用双总线ＵＰＳ方式进 行冗余备份。减少了稳压器的 串联环节，简化了整体架构， 同时优化减少了一级配电空 开。同时由于不再使用旁路方 式进行冗余备份，有效切断了 一 ； 电池组 工 ＝ 隔离变压器的励磁电流向前传 递的途径，避免了切换导致的 空开误动作。 图２ ＵＰＳ上电时冲击电流来源 ＧＢ ５０１７４－－２００８《电子信 ·４３·
